OKSIDASI ASAM LEMAK Kerusakan lemak yang utama adalah timbulnya bau dan rasa tengik yang disebut proses ketengikan. Hal ini disebabkan oleh proses otooksidasi radikal asam lemak tidak jenuh dalam minyak. Otooksidasi dimulai dengan pembentukan faktor-faktor yang dapat mempercepat reaksi seperti cahaya, panas, peroksida lemak atau hidroperoksida, logam-logam berat, dan enzim- enzim lipoksidase. Oksidasi dapat berlangsung bila terjadi kontak antara sejumlah oksigen dengan lemak atau minyak . terjadinya reaksi oksidasi ini akan mengakibatkan bau tengik pada lemak atau minyak. Reaksi oksidasi lemak akan berlangsung dalam tiga tahap. Pada tahap permulaan terjadi reaksi pembentukan radikal lemak bebas dan pemisahan hidrogen dari lemak yang tidak jenuh. Tahap kedua adalah tahap perkembangan, di mana berlangsung reaksi antara radikal bebas yang terbentuk pada langkah permulaan dengan oksigen dan senyawa organik. Tahap terakhir merupakan tahap penghentian, di mana terjadi pembentukan senyawa yang tidak lagi merupakan radikal bebas. Tahap permulaan : RH + O2 -+ R' + 'OOH Tahap perkembangan : R' + O2 + ROO' ROO' + RH +ROOH + R' Tahap penghentian : ROO' + ROO' -+ ROOR + O2 ROO' + R' +ROOR R ' + R ' R R Pada persamaan di atas RH dapat berupa b erupa senyawa organik, antara lain seperti asam lemak tidak jenuh. H bersifat labil karena terletak pada atom karbon yang berdekatan dengan ikatan rangkap. Hasil lain dari oksidasi lemak ini adalah pembentukan aldehid, keton, alkohol, dan ester yang akan memberikan rasa dan bau yang tidak enak atau tengik. Ketengikan dari lemak ini dapat menimbulkan masalah pada proses industri makanan, karena akan mengakibatkan berkurangnya nilai gizi dari makanan tersebut, misalnya akan merusak vitamin A yang terdapat dalam makanan sehingga berakibat negatif pada kesehatan, di samping rasa yang menjadi tidak enak. Untuk mencegah terjadinya ketengikan tersebut, ditambahkan antioksidan yang akan melindungi lemak l emak dari oksidasi. Pada dasarnya antioksidan berfungsi sebagai pemangsa radikal atau yang bisa bereaksi dengan radikal, seperti senyawaan fenolik, BHA, dan BHT. Derivat fenolik sebagai antioksidan dapat memberikan satu atom hidrogen kepada radikal bebas lemak R' , RO' atau ROO' menjadi molekul yang lebih stabil RH, ROH, atau ROOH, sehingga dengan demikian penghentian reaksi rantai oksidasi lemak dapat terjadi. Pada tahun 1904, Franz Knoop menerangkan bahwa asam lemak itu dipecah melalui oksidasi pada karbon –β. Kemudian pada tahun 1949 Eugene Kennedy dan Lehninger menerangkan bahwa terjadinya oksidasi asam lemak di mitokondria, di mana asam lemak sebelum memasuki mitokondria mengalami aktivasi. adenosin trifosfat (ATP) memacu pembentukan ikatan tioester antara gugus karboksil asam lemak dengan gugus sulfhidril pada KoA. Reaksi pengaktifan ini berlangsung di luar mitokondria dan dikatalisis oleh enzim asil
KoA sintetase tiokinase asam lemak). Paul Berg membuktikan bahwa aktivasi asam lemak terjadi dalam dua tahap. Pertama, asam lemak bereaksi dengan ATP membentuk asil adenilat. Dalam bentuk anhidra campuran ini, gugus karboksilat asam lemak diikatkan dengan gugus fosforil AMP. Du a gugus fosforil lainnya dari ATP dibebaskan sebagai pirofosfat. Gugus sulfhidril dari KoA kemudian bereaksi dengan asila adenilat yang berikatan kuat dengan enzim membentuk asil KoA dan AMP. R – C + ATP R – C – AMP + PPi Asam lemak Asil adenilat R – C – AMP + H- S – KoA
R – C – S – KoA + AMP
Asil KoA
Pengangkutan asam lemak rantai panjang ke dalam matriks mitokondria. Asam lemak diaktifkan di luar membran mitokondria, proses oksidasi terjadi di dalam matriks mitokondria. Molekul asil KoA rantai panjang tidak dapat melintasi membran mitokondria, sehingga diperlukan suatu mekanisme transport khusus. Asam lemak rantai panjang aktif melintasi membran dalam mitokondria dengan cara mengkonjugasinya dengan karnitin, suatu senyawa yang terbentuk dari lisin. Gugus asil dipindahkan dari atom sulfur pada KoA ke gugus hidroksil pada karnitin dan membentuk asil karnitin. Reaksi ini dikatalisis oleh karnitin transferase I, yang terikat pada membran di luar mitokondria.
R – C – S – KoA + H3C – N – CH2 – C – CH2 – C HS – KoA + H3C – N – CH2
Asil KoA
Karnitin
Asil Karnitin –C – CH2 – C.
Selanjutnya, asil karnitin melintasi membran dalam mitokondria oleh suatu translokase. Gugus asil dipindahkan lagi ke KoA pada sisi matriks dari membran yang dikatalisis oleh karnitin asil transferase II. Akhirnya karnitin dikembalikan ke sisi sitosol oleh translokase menggantikan masuknya asil karnitin yang masuk. Molekul asil KoA dari sedang dan rantai pendek dapat menembus mitokondria tanpa adanya karnitin. Kelainan pada transferase atau translokase atau defisiensi karnitin dapat menyebabkan gangguan oksidasi asam lemak rantai panjang, Kelainan tersebut diatas ditemukan pada kembar identik yang menderita kejang otot disertai rasa nyeri yang dialami sejak masa kanak-kanak.. Rasa nyeri diperberat oleh puasa, latihan fisik, atau diet tinggi lemak; oksidasi asam lemak adalah proses penghasil energi utama pada ketiga keadaan tersebut. Enzim glikolisis dan glikogenolisis dalam keadaan normal. Asetil KoA, NADH dan FADH2 terbentuk pada setiap satu kali oksidasi Asil KoA jenuh dipecah melalui urutan empat reaksi yang berulang yaitu: oksidasi oleh flavin adenin dinukleotida ( FAD ), hidrasi oleh NAD dan tiolisis oleh KoA. Rantai asil diperpendek dengan dua atom karbon sebagai hasil dari keepat reaksi tadi dan terjadi pembentukan FADH2, NADH dan asetil KoA. Reaksi pertama pada tiap daur pemecahan adalah oksidasi asil KoA oleh asil KoA dehidrogenase yang menghasilkan satu enoil KoA denganikatan rangkap trans
antara C – 2 dan C – 3.
Asil KoA + E – FAD→ trans - ∆² - Enoil KoA + E – FADH2
Langkah selanjutnya adalah hidrasi ikatan ganda antara C- 2 dan C – 3 oleh enoil KoA hidratase. Trans -∆² - Enoil KoA + H2O↔ L- 3 – hydroksiasil KoA. Hidrasi enoil KoA membuka jalan bagi reaksi oksidasi kedua, yang mengubah gugus hidroksil pada C – 3 menjadi gugus keto dan menghasilkan NADH. Oksidasi ini dikatalisis oleh L – 3 – hidroksiasil KoA dehidrogenase. L – 3 – hidroksiasil KoA + NAD↔ 3 – ketoasil KoA + NADH + H+ Langkah akhir adalah pemecahan 3 – ketoasil KoA oleh gugus tiol dari molrkul KoA
lain, yang akan menghasilkan asetil KoA dan suatu asil KoA rantai karbonnya dua
atom karbon lebih pendek. Reaksi ini dikatalisis oleh β – ketotiolase.
3- ketoasil KoA + HS – KoA↔ asetil KoA + asil KoA. (karbon- karbon n ) ( karbon- karbon n-2 ). Asil KoA yang memendek selanjutnya mengalami daur oksidasi berikutnya, yang diawali dengan reaksi yang dikatalisis oleh asil KoA dehidrogenase. Rantai asam lemak yang mengandung 12 sampai 18 karbon dioksidasi oleh asil KoA dehidrogenase rantai panjang. Asil KoA dehidrogenase untuk rantai sedang mengoksidasi ranta asam lemak yang memiliki 14 sampai 4 karbon, sedangkan asil KoA dehidrogenase untuk rantai pendek hanya bekerja pada rantai 4 dan 6 karbon. Sebaliknya, β – ketotiolase, hidroksiasil dehidrogenase, dan enoil KoA hidratase memiliki spesifitas yang luas berkenaan dengan panjangnya gugus asil. Oksidasi sempurna asam palmitat Kita dapat menghitung energi yang dihasilkan dari oksidasi suatu asam lemak. Pada tiap daur reaksi, asil KoA diperpendek dua karbon dan satu FADH2, NADH dan asetil KoA terbentuk. Cn – asil KoA + FAD + NAD + H2O + KoA→ Cn-2 – asil KoA + FADH2 + NADH + asetil KoA + H Pemecahan palmitoil KoA ( C16 – asil KoA ) memerlukan tujuh daur reaksi. Pada daur ketujuh, C4 – ketoasil KoA mengalami tiolisis menjadi dua molekul asetil KoA. Dengan demikian stoikiometri oksidasi palmitoil KoA menjadi. Palmitoil KoA + 7 FAD + 7 NAD +7 KoA + & H2O→ 8 asetil KoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H Dua setengah ATP akan terbentuk per NADH yang dioksidasi pada rantai pernafasan, sedangkan 1,5 ATP akan terbentuk untuk tiap FADH2. Jika diingat bahwa oksidasi asetil KoA oleh daur asam sitrat menghasilkan 10 ATP, maka jumlah ATP yang terbentuk pad oksidasi palmitoil KoA adalah 10,5 dari 7 FADH2, 17,5 dari 7 NADH dan 80 dari 8 molekul asetil KoA, sehingga jumlah keseluruhannya adalah 108. Dua ikatan fosfat energi tinggi dipakai untuk mengaktifkan palmitat, saat ATP terpecah menjadi AMP dan 2 Pi. Jadi oksidasi sempurna satu molekul asam palmitat menghasilkan 106 ATP. Oksidasi asam lemak tak jenuh Oksidasi asam lemak tak jenuh reaksinya sama seperti reaksi oksidasi asam lemak jenuh. Hanya diperlukan tambahan dua enzim lagi yaitu isomerase dan
reduktase untuk memecah asam-asam lemak tak jenuh. Oksidasi asam palmitoleat atau asam lemak C16 yang memiliki ikatan rangkap antara C- 9 dan C –10 ini diaktifkan dan diangkut melintasi membran dalam mitokondria dengan cara yang sama dengan asam lemak jenuh. Selanjutnya palmitoleil KoA mengalami tiga kali pemecahan dengan enzimenzim yang sama seperti oksidasi asam lemak jenuh. Enoil KoA – sis - ∆³ yang terbentuk pada ketiga kali jalur oksidasi bukanlah substrat bagi asil KoA dehidrogenase. Adanya ikatan rangkap antara C-3 dan C-4 menghalangi pembentukan ikatan rangkap.
