Reaksi biosintesis asam lemak yang bukan palmitat
Asam lemak adalah rantai hidrokarbon alifatik panjang yang memiliki gugus asam karboksilat. Panjang rantai hidrokarbon asam lemak bervariasi dari 10 sampai 30 karbon. Rantai hidrokarbon ini bersifat nonpolar yang berfungsi untuk menyeimbangkan gugus asam karboksilat yang bersifat polar. Rantai hidrokarbon asam lemak biasanya berjumlah genap karena berkaitan dengan tambahan dua karbon dari aseteil-CoA saat biosintesis asam lemak. Asam lemak dalam makhluk hidup berasal dari hidrolisis ikatan ester yang berasal dari lemak atau minyak, misalnya trigliserida.
Berdasarkan struktur rantai hidrokarbon, asam lemak terdiri dari asam lemak jenuh (saturated) dan asam lemak tak jenuh (unsaturated). Asam lemak jenuh, misalnya asam stearat, mempunyai rantai hidrokarbon yang lurus dan berikatan tunggal sedangkan asam lemak tak jenuh, misalnya asam linoleat, memiliki struktur rantai hidrokarbon yang bengkok dan memiliki ikatan rangkap. Karena struktur asam lemak jenuh lurus maka tipe asam lemak ini biasanya tersusun secara teratur satu sama lain, berwujud padat, dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi. Berbeda dengan tipe asam lemak jenuh, tipe asam lemak tak jenuh mempunyai titik leleh yang lebih rendah, berwujud cair, karena memiliki struktur yang tidak teratur.
Asam lemak tak jenuh di alam mempunyai ikatan rangkap pada konfigurasi cis. Karena pada ß-oksidasi enzimnya spesifik untuk enoyl-CoA dengan konfigurasi trans, maka diperlukan enzim enoyl-CoA isomerase untuk mengubah konfigurasi cis menjadi trans. Adapun mekanisme oksidasi asam lemak tak jenuh berlangsung sama seperti ß-oksidasi untuk asam lemak jenuh. Karena terdapat satu ikatan tak jenuh, maka dalam proses degradasinya, asam lemak tak jenuh mengalami satu mekanisme reaksi tambahan yaitu reaksi isomerisasi bentuk cis ke trans yang dikatalisis oleh enzim enoyl-CoA isomerase sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
enzim enoyl-CoA isomerase untuk mereposisi ikatan rangkap dari cis ke isomer trans sebagai intermediet normal pada ß-oksidasi.
Sebagai contoh: jalur ß-oksidasi asam linoleat, C17H31COOH (C18:2 cis,cis-D9: D12). Pada asam lemak tak jenuh, ada siklus ß-oksidasi yang tidak melalui reaksi dehidrogenasi I yang menghasilkan FADH2, yaitu pada pmotongan 2 C yang mengandung ikatan rangkap Dengan demikian jumlah ATP yang dihasilkan pada ß-oksidasi asam lemak tak jenuh lebih sedikit bila dibandingkan dengan jumlah ATP yang dihasilkan oleh ß-oksidasi asam lemak jenuh dengan jumlah atom C yang sama.
Asam polienoat adalah asam lemak tak jenuh yang tingkat ketidakjenuhannya besar, mempunyai ikatan rangkap lebih dari dua. Sebagai precursor adalah palmitoleate, oleate, linoleate, atau linolenate. Elongasi terjadi pada ujung karboksil, sedangkan pembentukan ikatan rangkap melalui reaksi desaturasi yang dikatalisis oleh asam lemak-CoA desaturase. Pada vertebrata atau organisme aerobik, 1 molekul O2 digunakan sebagai akseptor 2 pasang elektron, yaitu 1 pasang berasal dari substrat asam-lemak-CoA dan 1 pasang berasal dari NADPH. Transfer elektron dalam reaksi kompleks ini merangkai reaksi transport elektron dalam mikrosom yang membawa elektron dari NADPH ke Cyt b5 melalui Cyt b5 reductase.
Keterkaitan Asetil Co-A pada mekanisme protein, karbohidrat dan lemak
Karbohidrat, protein dan Lemak atau Lipid akan dimetabolisme yang hasil akhirnya menjadi asetyl Co-A, dimana asetyl Co-A merupakan substrat untuk siklus krebs. Kemudian dari siklus krebs dihasilkan CO2, Hidrogen (FAD NAD) dan ATP. Hidrogen (reducing ekivalen) merupakan substrat untuk rantai respirasi. Siklus krebs juga disebut dengan Siklus Asam Sitrat.
Gambar. Daur Asam Trikarboksilat
Sebelum memasuki Siklus Krebs, piruvat harus dikonversi menjadi asetil Co-A. Hal ini dicapai dengan menghilangkan molekul CO2 dari piruvat dan kemudian mengeluarkan elektron untuk memperkecil NAD menjadi NADH. Suatu enzim disebut koenzim A dikombinasikan dengan asetil tersisa untuk membuat asetil Co-A yang kemudian dimasukkan ke dalam Siklus Krebs. Langkah-langkah dalam Siklus Krebs adalah sebagai berikut:
1. Sitrat terbentuk ketika grup asetil dari asetil KoA bergabung dengan oksaloasetat dari siklus Krebs sebelumnya
2. Sitrat dikonversi menjadi isocitrate isomer nya
3. Isocitrate teroksidasi untuk membentuk 5- karbon α-ketoglutarate. Langkah ini melepaskan satu molekul CO2 dan mengurangi NAD untuk NADH2
4. The α-ketoglutarate teroksidasi untuk suksinil Co-A, menghasilkan CO2 dan NADH2
5. Suksinil Co-A rilis koenzim A dan phosphorylates ADP menjadi ATP
6. Suksinat teroksidasi untuk fumarat, mengubah FAD untuk FADH2
7. Fumarat adalah hidrolisis untuk membentuk malat
8. Malat teroksidasi untuk oksaloasetat, mengurangi NAD untuk NADH2
Gambar. Siklus Krebs
Reaksi metabolisme tidak terpisah satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang saling berkaitan. Di dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak. Keterkaitan antara protein, karbohidrat dan lemak bertemu pada jalur siklus Krebs dengan masukan asetil Co-A. Asetil Co-A sebagai bahan baku dalam siklus Krebs untuk menghasilkan energi yang berasal dari katabolisme karbohidrat, protein, maupun lemak. Titik temu dari berbagai jalur metabolisme ini berguna untuk saling menggantikan “bahan bakar” di dalam sel, Hasil katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak juga bermanfaat untuk menghasilkan senyawa- senyawa lain yaitu dapat membentuk ATP, hormon, komponen hemoglobin ataupun komponen sel lainnya.
Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen terikat dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih teroksidasi.
Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih banyak karena adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang dibebaskan menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan. Perlu Anda ketahui pada jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan asam glutamat dapat menghasilkan jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP. Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga jumlah energi yang dihasilkan pada lemak lebih besar dibandingkan dengan yang dihasilkan pada karbohidrat dan protein. Sedangkan jumlah energi yang dihasilkan protein setara dengan jumlah yang dihasilkan karbohidrat dalam berat yang sama.
Pertama-tama, asetil KoA hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah “mengantar” asetil masuk ke dalam siklus krebs, KoA memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO2 dan membentuk asam α-ketoglutarat (baca : asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam α-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam α-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu KoA dan membentuk suksinil KoA. Setelah terbentuk suksinil KoA, molekul KoA kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan KoA dan perubahan suksinil KoA menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul AT P. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil KoA dan kembali menjalani siklus Krebs. Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron. Enzim yang terlibat dalam proses daur krebs:
1. Sitrat Sintase (Enzim Kondensasi)
Reaksi pertama daur krebs adalah reaksi kondensasi, yaitu bergabungnya suatu unit empat karbon, oksaloasetat, dengan suatu unit dua karbon, gugus asetil dari asetil KoA. Asetil KoA bereaksi dengan oksaloasetat dan air menghasilkan sitrat dan KoA. Reaksi ini dikatalisis oleh sitrat sintase. Sitrat mengalami isomerasi menjadi isositrat untuk memungkinkan unit enam atom karbon mengalami dekarboksilasi oksidatif. Isomerasi sitrat berlangsung melalui tahap dehidrasi diikuti hidrasi. Hasilnya adalah pertukaran antara H dan OH. Enzim yang mengkatalisis kedua tahap ini disebut akonitase karena sis-akonitat marupakan senyawa antara. Akonitase mangandung besi yang tidak terikat pada hem. Empat atom besinya membentuk kompleks dengan empat sulfida anorganik dan empat atom sulfur sistein.
2. Isositrat Dehidrogenase
Reaksi pada tahap ini merupakan reaksi pertama dari empat reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi dalam daur krebs. Dekarboksilasi oksidatif isositrat dikatalisis isositrat dehidrogenase. Senyawa antara pada reaksi ini adalah oksalosuksinat, suatu asam β-keto yang tidak stabil. Pada saat terikat pada enzim, ia melepaskan CO2 membentuk α-ketoglutarat.
3. Kompleks α-Ketoglutarat Dehidrogenase
Perubahan isositrat menjadi α-ketoglutarat diikuti oleh reaksi dekarboksilasi oksidatif kedua. α-ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi suksinil-KoA oleh kompleks enzim α-ketoglutarat dehidrogenase.
4. Suksinil KoA Sintetase (Suksinil Thiokinase)
Pada reaksi konversi suksinil Co-A menjadi suksinat oleh enzim suksinil terjadi pemutusan ikatan tioester suksinil KoA yang dirangkaikan dengan fosforilasi guanosin difosfat (GDP). Pada hidrolisis suksinil KoA ini dikeluarkan energi sebesar -8 kkal/mol yang sebanding dengan ∆G0 hidrolisis ATP (-7,3 kkal/mol). Umumnya GTP yang terbentuk digunakan untuk membentuk ATP, melalui kerja enzim Nukleosida difosfokinase.
Pada tumbuhan dan bakteri, ATP dibentuk secara langsung. Suksinil KoA sintase mengkatalisis reaksi dengan memfosforilasi ADP secara langsung. Pada hewan, GDP adalah substrat reaksi pembentukan GTP (yang dapat di gunakan membentuk ATP oleh nukleosida difosfokinase).
5. Suksinat Dehidrogenase (SDH)
Suksinat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi suksinat menjadi fumarat. Sebagai akseptor hidrogen digunakan FAD, bukan NAD+. Digunakan FAD sebagai akseptor hidrogen dalam reaksi ini, karena perubahan energi bebas tidak mencukupi untuk mereduksi NAD+. FAD hampir selalu merupakan aksoptor electron dalam reaksi oksidasi yang memindahkan dua atom hidrogen dari suatu substrat. Suksinat dehidrogenase, seperti halnya akonitase, merupakan protein belerang-besi (juga disebut sebagai protein besi nonhem).
6. Fumarase (fumarate hidratase)
Fumarat mengalami hidrasi stereo-spesifik ikatan rangkap C=C. dikatalisis oleh fumarat hidratase (juga dikenal fumarase), menghasilkan L-Malat.
7. Malat Dehidrogenase (MDH)
Malat dioksidasi untuk membentuk aksaloasetat, reaksi terakhir dalam daur krebs. Reaksi ini dikatalisis oleh MDH, dan sebagai akseptor hydrogen adalah NAD+.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar