METABOLISME LIPID
Disajikan
sebagai Bahan Kuliah Biokimia bagi Mahasiswa D III Kebidanan
Penyusun:
Heru Santoso
Wahito Nugroho, S.Kep., Ns., M.M.Kes
Referensi:
Anonim,
2000, Petunjuk Praktikum Biokimia Untuk PSIK (B) Fakultas Kedokteran
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta: Lab. Biokimia FK UGM
Guyton AC,
Hall JE, 1996, Buku Ajar Fisiologi Kedokteran, Edisi IX,
Penerjemah: Setiawan I, Tengadi LMAKA, Santoso A, Jakarta: EGC
http://www.biology.arizona.edu\biochemistry, 2003, The Biology
Project-Biochemistry
http://www.bioweb.wku.edu\courses\BIOL115\Wyatt, 2008, WKU Bio 113 Biochemistry
http://www.gwu.edu\_mpb, 1998, The Metabolic
Pathways of Biochemistry, Karl J. Miller
http://www.ull.chemistry.uakron.edu\genobc, 2008, General, Organic and
Biochemistry
http://www.wiley.com\legacy\college\boyer470003790\animations\electron_transport, 2008, Interactive Concepts in
Biochemistry: Oxidative Phosphorylation
Murray RK,
Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia Harper, Edisi XXV,
Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC
Stryer L,
1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah
Bagian Biokimia FKUI), Jakarta: EGC
Supardan,
1989, Metabolisme Lemak, Malang: Lab. Biokimia Universitas
Brawijaya
Pendahuluan
Lipid adalah
molekul-molekul biologis yang tidak larut di dalam air tetapi larut di dalam
pelarut-pelarut organik.
Fungsi lipid
Ada beberapa
fungsi lipid di antaranya:
- Sebagai penyusun struktur membran sel
Dalam hal
ini lipid berperan sebagai barier untuk sel dan mengatur aliran
material-material.
- Sebagai cadangan energi
Lipid
disimpan sebagai jaringan adiposa
- 3. Sebagai hormon dan vitamin
Hormon mengatur
komunikasi antar sel, sedangkan vitamin membantu regulasi proses-proses
biologis
Jenis-jenis
lipid
Terdapat
beberapa jenis lipid yaitu:
- Asam lemak, terdiri atas asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh
- Gliserida, terdiri atas gliserida netral dan fosfogliserida
- Lipid kompleks, terdiri atas lipoprotein dan glikolipid
- Non gliserida, terdiri atas sfingolipid, steroid dan malam
Asam lemak
Asam lemak
merupakan asam monokarboksilat rantai panjang. Adapun rumus umum dari asam
lemak adalah:
CH3(CH2)nCOOH
atau
CnH2n+1-COOH
Rentang
ukuran dari asam lemak adalah C12 sampai dengan C24. Ada
dua macam asam lemak yaitu:
- Asam lemak jenuh (saturated fatty acid)
Asam lemak
ini tidak memiliki ikatan rangkap
- Asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acid)
Asam lemak ini
memiliki satu atau lebih ikatan rangkap
Struktur
asam lemak jenuh
Struktur
asam lemak tak jenuh
Asam-asam
lemak penting bagi tubuh
Simbol
numerik
|
Nama Umum
|
Struktur
|
Keterangan
|
14:0
|
Asam
miristat
|
CH3(CH2)12COOH
|
Sering
terikat dengan atom N terminal dari membran plasma bergabung dengan protein
sitoplasmik
|
16:0
|
Asam
palmitat
|
CH3(CH2)14COOH
|
Produk
akhir dari sintesis asam lemak mamalia
|
16:1D9
|
Asam
palmitoleat
|
CH3(CH2)5C=C(CH2)7COOH
|
|
18:0
|
Asam
stearat
|
CH3(CH2)16COOH
|
|
18:1D9
|
Asam oleat
|
CH3(CH2)7C=C(CH2)7COOH
|
|
18:2D9,12
|
Asam
linoleat
|
CH3(CH2)4C=CCH2C=C(CH2)7COOH
|
Asam lemak
esensial
|
18:3D9,12,15
|
Asam
linolenat
|
CH3CH2C=CCH2C=CCH2C=C(CH2)7COOH
|
Asam lemak
esensial
|
20:4D5,8,11,14
|
Assam
arakhidonat
|
CH3(CH2)3(CH2C=C)4(CH2)3COOH
|
Prekursor
untuk sintesis eikosanoid
|
Asam
stearat
Asam
oleat
Asam arakhidonat
Beberapa
contoh struktur asam lemak
Gliserida
netral (lemak netral)
Gliserida
netral adalah ester antara asam lemak dengan gliserol. Fungsi dasar dari
gliserida netral adalah sebagai simpanan energi (berupa lemak atau minyak).
Setiap gliserol mungkin berikatan dengan 1, 2 atau 3 asam lemak yang tidak
harus sama. Jika gliserol berikatan dengan 1 asam lemak disebut monogliserida,
jika berikatan dengan 2 asam lemak disebut digliserida dan jika berikatan
dengan 3 asam lemak dinamakan trigliserida. Trigliserida merupakan cadangan
energi penting dari sumber lipid.
Struktur
trigliserida sebagai lemak netral
Apa yang
dimaksud dengan lemak (fat) dan minyak (oil)? Lemak dan minyak
keduanya merupakan trigliserida. Adapun perbedaan sifat secara umum dari
keduanya adalah:
- Lemak
-
Umumnya diperoleh dari hewan
-
Berwujud padat pada suhu ruang
-
Tersusun dari asam lemak jenuh
- Minyak
-
Umumnya diperoleh dari tumbuhan
-
Berwujud cair pada suhu ruang
-
Tersusun dari asam lemak tak jenuh
Fosfogliserida
(fosfolipid)
Lipid dapat
mengandung gugus fosfat. Lemak termodifikasi ketika fosfat mengganti salah satu
rantai asam lemak.
Penggunaan
fosfogliserida adalah:
- Sebagai komponen penyusun membran sel
- Sebagi agen emulsi
Struktur
dari fosfolipid
Fosfolipid
bilayer (lapisan ganda) sebagai penyusun membran sel
Lipid
kompleks
Lipid
kompleks adalah kombinasi antara lipid dengan molekul lain. Contoh penting dari
lipid kompleks adalah lipoprotein dan glikolipid.
Lipoprotein
Lipoprotein
merupakan gabungan antara lipid dengan protein.
Gabungan
lipid dengan protein (lipoprotein) merupakan contoh dari lipid kompleks
Ada 4 klas
mayor dari lipoprotein plasma yang masing-masing tersusun atas beberapa jenis
lipid, yaitu:
Perbandingan
komposisi penyusun 4 klas besar lipoprotein
- Kilomikron
Kilomikron
berfungsi sebagai alat transportasi trigliserid dari usus ke jaringan lain,
kecuali ginjal
- 2. VLDL (very low – density lypoproteins)
VLDL mengikat trigliserid di dalam hati
dan mengangkutnya menuju jaringan lemak
- 3. LDL (low – density lypoproteins)
LDL berperan mengangkut kolesterol ke
jaringan perifer
- 4. HDL (high – density lypoproteins)
HDL mengikat kolesterol plasma dan
mengangkut kolesterol ke hati.
Ilustrasi
peran masing-masing dari 4 klas besar lipoprotein
Lipid non
gliserida
Lipid jenis
ini tidak mengandung gliserol. Jadi asam lemak bergabung dengan molekul-molekul
non gliserol. Yang termasuk ke dalam jenis ini adalah sfingolipid, steroid,
kolesterol dan malam.
Sfingolipid
Sifongolipid
adalah fosfolipid yang tidak diturunkan dari lemak. Penggunaan primer dari
sfingolipid adalah sebagai penyusun selubung mielin serabut saraf. Pada
manusia, 25% dari lipid merupakan sfingolipid.
Struktur
kimia sfingomielin (perhatikan 4 komponen penyusunnya)
Kolesterol
Selain
fosfolipid, kolesterol merupakan jenis lipid yang menyusun membran plasma.
Kolesterol juga menjadi bagian dari beberapa hormon.
Kolesterol
berhubungan dengan pengerasan arteri. Dalam hal ini timbul plaque pada dinding
arteri, yang mengakibatkan peningkatan tekanan darah karena arteri menyempit,
penurunan kemampuan untuk meregang. Pembentukan gumpalan dapat menyebabkan
infark miokard dan stroke.
Struktur
dasar darikolesterol
Kolesterol
merupakan bagian dari membran sel
Steroid
Beberapa
hormon reproduktif merupakan steroid, misalnya testosteron dan progesteron.
Progesteron
dan testosteron
Steroid
lainnya adalah kortison. Hormon ini berhubungan dengan proses metabolisme
karbohidrat, penanganan penyakit arthritis rematoid, asthma, gangguan
pencernaan dan sebagainya.
Kortison
Malam/lilin
(waxes)
Malam tidak
larut di dalam air dan sulit dihidrolisis. Malam sering digunakan sebagai
lapisan pelindung untuk kulit, rambut dan lain-lain. Malam merupakan ester
antara asam lemak dengan alkohol rantai panjang.
Ester antara
asam lemak dengan alkohol membentuk malam
Metabolisme
lipid
Lipid yang
kita peroleh sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu
trigliserid (ester antara gliserol dengan 3 asam lemak). Secara ringkas, hasil
dari pencernaan lipid adalah asam lemak dan gliserol, selain itu ada juga yang
masih berupa monogliserid. Karena larut dalam air, gliserol masuk sirkulasi
portal (vena porta) menuju hati. Asam-asam lemak rantai pendek juga dapat
melalui jalur ini.
Struktur
miselus. Bagian polar berada di sisi luar, sedangkan bagian non polar berada di
sisi dalam
Sebagian
besar asam lemak dan monogliserida karena tidak larut dalam air, maka diangkut
oleh miselus (dalam bentuk besar disebut emulsi) dan dilepaskan ke dalam sel
epitel usus (enterosit). Di dalam sel ini asam lemak dan monogliserida segera
dibentuk menjadi trigliserida (lipid) dan berkumpul berbentuk gelembung yang
disebut kilomikron. Selanjutnya kilomikron ditransportasikan melalui pembuluh
limfe dan bermuara pada vena kava, sehingga bersatu dengan sirkulasi darah.
Kilomikron ini kemudian ditransportasikan menuju hati dan jaringan adiposa.
Struktur
kilomikron. Perhatikan fungsi kilomikron sebagai pengangkut trigliserida
Simpanan
trigliserida pada sitoplasma sel jaringan adiposa
Di dalam
sel-sel hati dan jaringan adiposa, kilomikron segera dipecah menjadi asam-asam
lemak dan gliserol. Selanjutnya asam-asam lemak dan gliserol tersebut, dibentuk
kembali menjadi simpanan trigliserida. Proses pembentukan trigliserida ini
dinamakan esterifikasi. Sewaktu-waktu jika kita membutuhkan energi dari lipid,
trigliserida dipecah menjadi asam lemak dan gliserol, untuk ditransportasikan
menuju sel-sel untuk dioksidasi menjadi energi. Proses pemecahan lemak jaringan
ini dinamakan lipolisis. Asam lemak tersebut ditransportasikan oleh
albumin ke jaringan yang memerlukan dan disebut sebagai asam lemak bebas (free
fatty acid/FFA).
Secara
ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan
gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak
mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi
trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak
tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik
asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses
pemecahan trigliserida ini dinamakan lipolisis.
Proses
oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA.
Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan
protein, asetil KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat
sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi sudah
mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan
selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida.
Beberapa
lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami
kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami
steroidogenesis membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak
juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat
dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat
menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik.
Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.
Gliserol
|
Kolesterol
|
Aseto
asetat
|
hidroksi butirat
|
Aseton
|
Steroid
|
Steroidogenesis
|
Kolesterogenesis
|
Ketogenesis
|
Diet
|
Lipid
|
Karbohidrat
|
Protein
|
Asam lemak
|
Trigliserida
|
Asetil-KoA
|
Esterifikasi
|
Lipolisis
|
Lipogenesis
|
Oksidasi
beta
|
Siklus
asam sitrat
|
ATP
|
CO2
|
H2O
|
+ ATP
|
Ikhtisar
metabolisme lipid
Metabolisme
gliserol
Gliserol
sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi.
Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu
glikolisis. Pada tahap awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP
membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai
respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur
glikolisis.
Reaksi-reaksi
kimia dalam metabolisme gliserol
Oksidasi
asam lemak (oksidasi beta)
Untuk
memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan
oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus
diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A,
asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase
(Tiokinase).
Aktivasi
asam lemak menjadi asil KoA
Asam lemak
bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai
panjang ini akan dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa
karnitin, dengan rumus (CH3)3N+-CH2-CH(OH)-CH2-COO-.
Membran
mitokondria interna
|
Karnitin
palmitoil transferase II
|
Karnitin
Asil
karnitin
translokase
|
KoA
|
Karnitin
|
Asil
karnitin
|
Asil-KoA
|
Asil
karnitin
|
Beta oksidasi
|
Membran
mitokondria eksterna
|
ATP + KoA
|
AMP + PPi
|
FFA
|
Asil-KoA
|
Asil-KoA
sintetase
(Tiokinase)
|
Karnitin
palmitoil transferase I
|
Asil-KoA
|
KoA
|
Karnitin
|
Asil
karnitin
|
Mekanisme
transportasi asam lemak trans membran mitokondria melalui mekanisme
pengangkutan karnitin
Langkah-langkah
masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
- Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim tiokinase.
- Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna mitokondria.
- Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
- Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
- Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi beta.
Dalam
oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan
proses dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa
asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam
proses oksidasi ini, karbon β asam lemak dioksidasi menjadi keton.
Oksidasi
karbon β menjadi keton
Keterangan:
Frekuensi
oksidasi β adalah (½ jumlah atom C)-1
Jumlah
asetil KoA yang dihasilkan adalah (½ jumlah atom C)
Oksidasi
asam lemak dengan 16 atom C. Perhatikan bahwa setiap proses pemutusan 2 atom C
adalah proses oksidasi β dan setiap 2 atom C yang diputuskan adalah asetil KoA.
Aktivasi
asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat
Telah
dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu
menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah
berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan
sebagai berikut:
- Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
- delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA
- L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)
- Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang telah kehilangan 2 atom C.
Dalam satu
oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi
beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka
asil-KoA yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan
lagi 2 atom C karena membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil
yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.
Asetil-KoA
yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam
sitrat.
Penghitungan
energi hasil metabolisme lipid
Dari uraian
di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu
asam lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita
memerlukan energi 2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh
oksidasi beta adalah 10 dibagi 2 dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta,
berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam lemak memiliki 10 atom C,
maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah.
Setiap
asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan
menghasilkan 12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan
demikian sebuah asam lemak dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2
ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus
Kreb’s) = 78 ATP.
Sebagian
dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat
berubah menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan
aseton dikenal sebagai badan-badan keton. Proses perubahan asetil-KoA menjadi
benda-benda keton dinamakan ketogenesis.
Proses
ketogenesis
Lintasan
ketogenesis di hati
Sebagian
dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan
kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk
disintesis menjadi steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis).
Gambar
Lintasan kolesterogenesis
Sintesis
asam lemak
Makanan
bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam
lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur
membran. Pada manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam
lemak. Sintesis asam lemak sesuai dengan degradasinya (oksidasi beta).
Sintesis
asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan
selama sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam
kompleks multi enzim-fatty acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.
Tahap-tahap
sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.
Tahap-tahap
sintesis asam lemak
Penyimpanan
lemak dan penggunaannya kembali
Asam-asam
lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.
Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap
penyimpanan tersebut adalah:
-
Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.
-
Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.
-
Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia
dari glukosa.
-
Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di
dalam tubuh.
Dinamika
lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi
trigliserida
Jika
kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan
trigliserida ini dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi
gliserol dan asam lemak. Gliserol dapat menjadi sumber energi (lihat
metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak pun akan dioksidasi untuk memenuhi
kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar