Oksidasi

Asam Lemak Diangkut di Dalam Darah Sebagi Asam Lemak Bebas Istilah asam lemak bebas merujuk pada asam lemak yang terdapat dalam keadaan takteresterifikasi. Istilah lainnya adalah asam lemak takterestifikasi atau asam lemak  nonesterifikasi. Di dalam plasma, asam lemak bebas rantai panjang bergabung dengan albumin, dan di dalam sel asam lemak tersebut terikat dengan protein pengikat asam lemak  sehingga pada kenyataannya senyawa ini tidak pernah benar- benar benar- benar “bebas”. Asam lemak  dengan rantai yang lebih pendek bersifat lebih larut di air dan terdapat sebagian asam takterionisasi atau anion asam lemak. l emak. Asam Lemak Diaktifkan Sebelum Dikatabolisasi Asam lemak pertama-tama harus dikonversi dalam reaksi dengan ATP menjadi intermediet aktif sebelum bereaksi dengan enzim yang bertanggung jawab atas metabolisme selanjutnya. Denagn adanya ATP dan koenzim A, emzim asil-KoA sintetase (tioksinase) mengatalis proses konvensi asam lemak (asam lemak bebas) menjadi asam lemak aktif atau asil-KoA, yang disertai dengan pemakaina satu ikatan fosfat energi-tinggi. Adanya enzim pirofosfatase anorganik menjamin bahwa aktifasi akan berjalan sampai selesai dengan memfasilitasi hilangnya fosfat energi-tinggi tambahan yang terkait dengan pirofosfat, senhingga dua fosfat energi-tinggi akan terpakai selama aktifasi setiap molekul asam lemak. Enzim asil-KoA sintetase ditemukan di retikulum endoplasma, peroksisom, dan disebelah dalam serta pada membran eksterna mitokondria. Oksidasi Asam Lemak Menghasilkan Sejumlah Besar ATP Pengangkutan elektron pada rantairespirasi dari FADH 2, dan NADH akan menghasilkan sintesis lima fosfat energi-tinggi untuk setiap tujuh molekul pertama asetil-KoA yang dibentuk melalui β-oksidasi β-oksidasi palmitat (7x5 = 35). Asetil-KoA yang terbentuk berjumlah total 8 mol, dan setip mol akan menghasilkan 12 mol ATP padaoksidasi dalam siklus asam sitrat sehingga memberikan 8x12 = 96 mol ATPyang berasal dari aetil-KoA yang terbentuk dari palmitat. Dengan dikurangi dua untuk aktifasi inisial asam lemak maka diperoleh hasil neto 129 mol ATP permol palmitat, atau 129x51,6 = 6656kJ. Mengingat energi bebas hasil pembakaran asam palmitat adalah 9791 kJ/mol, proses tersebut akan mandapatkan sebagai fosfat energi-tinggi sebanyak 68% dari total energi hasil pembakaran asam lemak.

Oksidasi Asam Lemak

Pada tahun 1904, Franz Knoop menerangkan bahwa asam lemak itu dipecah melalui oksidasi pada karbon –β. Kemudian padatahun 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 iniberlangsung 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. Dua 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 Asam lemak R – C – AMP + H- S – KoA

R – C – AMP + PPi Asil adenilat 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. Selanjtunya, 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 n yeri yang dialami sejak masa kanakkanak.. 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.

IV.1. Asetil KoA, NADH dan FADH 2 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 - Δ² - Enoil KoA + E – FADH2 Langkah selanjutnya adalah hidrasi ikatan ganda antara C- 2 dan C  – 3 oleh enoil KoA hidratase. Trans - Δ² - 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. Oksidai 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. IV.2.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. IV.3.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 enzim-enzim yang sama seperti oksidasi asam l emak   jenuh. Enoil KoA – sis - Δ³ 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 lainnya antar C – 2 dan C – 3. Kendala ini dapat diatasi oleh suatu reaksi yang mengubah posisi dan konfigurasi dari ikatan rangkap sis - Δ³. Suatu isomerase mengubah ikatan rangkap ini menjadi ikatan rangkap trans - Δ². Reaksi- reaksi

berikutnya mengikuti reaksi oksidasi asam lemak jenuh saat enoil KoA  – trans - Δ² merupakan substrat yang reguler. Satu enzim tambahan lagi diperlukan untuk oksidasi asam lemak tak jenuh jamak  .Misalnya asam lemak tak jenuh jamak C18 yaitu linoleat , dengan ikatan rangkap sis - Δ9 dan sis Δ12. Ikatan rangkap sis - Δ³ yang terbentuk setelah tiga daur oksidasi – β, diubah menjadi ikatan rangkap trans - Δ² oleh isomerase tersebut di atas, seperti pada oksidasi palmitoleat . Ikatan rangkap sis - Δ¹² - linoleat menghadapi masalah baru. Asil KoA yang dihasilkan oleh empat daur oksidasi β mengandung ikatan rangkap rangkap sis - Δ4. dehidrogenase pada spesies ini oleh asil Koa dehidrogenase menghasilkan zat antara 2,4  –  dienoil yang bukan substrat bagi enzim berikutnya pada jalur oksidasi β. Kendala ini dapat diatasi oleh 2,4 - dienoil – KoA reduktase, suatu enzim yang menggunakan NADH untuk  mereduksi zat antara 2,4 – dienoil menjadi enoil KoA – sis - Δ³. Isomerase tersebut di atas kemudian mengubah enoil KoA – sis -Δ³ menjadi bentuk trans, suatu zat antara yang lazim pada oksidasi – β.Jadi ikatan rangkap yang letaknya pada atom C nomer ganjil ditangani oleh isomerase dan ikatan rangkap yang terletak pada atom C nomor genap ditangani oleh reduktase dan isomerase. IV.4.Oksidasi asam lemak dengan nomor atom karbon ganjil.

Asam lemak yang memiliki jumlah karbon ganjil merupakan spesies jarang. Asam lemak ini dioksidasi dengan cara yang samaseperti oksidasi asam lemak dengan jumlah atom karbon genap, kecuali pada daur akhir degradasi akan terbentuk propionil KoA dan asetil KoA, bukan dua molekul asetil KoA. Unit  – tiga karbon aktif pada propionil KoA memasuki daur asam sitrat setelah diubah menjadi suksinil KoA. V.Proses Ketogenesis.

Asetil KoA yang terbentuk pada oksidasi asam lemak akan memasuki daur asam sitrat hanya jika pemecahan lemak dan karbohidrat terjadi secara berimbang. Karena masuknya asetil KoA ke dalam daur asam sitrat tergantung pada tersedianya oksaloasetat untuk  pembentukan sitrat. Tetapi konsentrasi oksaloasetat akan menurun jika karbohidrat tidak  tersedia atau penggunaannya tidak sebagaimana mestinya. Oksaloasetat dalam keadaan normal dibentuk dari piruvat. Pada puasa atau diabetes, oksaloasetat dipakai untuk membentuk glukosa pada jalur glukoneogenesis dan demikian tidak tersedia untuk kondensasi dengan asetil KoA. Pada keadaan ini asetil KoA dialihkan kepembentukan asetoasetat dan D-3- hidroksibutirat. Asetoasetat, D- 3- hidroksibutirat dan Aseton disebut dengan zat keton

Asetoasetat dibentuk dari asetil KoA dalam tiga tahap.Dua molekul asetil KoA berkondensasi membentuk asetoasetil KoA. Reaksi yang dikatalisis oleh tiolase ini merupakan kebalikan dari tahap tiolisis pada oksidasi asam lemak. Selanjutnya astoasetil KoA bereaksi dengan asetil KoA dan air untuk menghasilkan 3 - hidroksi  – 3 – metilglutaril KoA ( HMG – KoA ) dan KoA . Kondensasi ini mirip dengan kondensasi yang dikatalisis oleh sitrat sintase.Keseimbangan yang tidak menguntungkan bagi pembentukan asetoasetil KoA diimbangi oleh reaksi ini, yang keseimbangannya menguntungkan karena hidrolisis iaktan tioester . 3 – Hidroksi – 3 – metilglutaril KoA kemudian terpecah menjadi asetil KoA dan asetoasetat. Hasil dari keseluruhan reaksi adalah 2 Asetil KoA +

→ H2O Asetoasetat +2 KoA H+

3 – Hidroksibutirat terbentuk melalui reduksi asetoasetat di matriks mitokondria. Rasio hidroksibutirat terhadap astoasetat tergantung pada rasio NADH / NAD+ di dalam mitokondria . Karena merupakan asam keto – β, asetasetat secara lambat mengalami dekarboksilasi spontan menjadi aseton . bau aseton dapat dideteksi dalam udara pernafasan seseorang yang kadar asetoasetat dalam darahnya tinggi. V.1. Asetoasetat adalah merupakan salah satu bahan bakar yang utama dalam  jaringan.

Situs utama produksi asetasetat dan 3 – hidroksibutirat adalah hati. Senyawa- snyawa ini berdifusi dari mitokondria hati ke dalam darah dan diangkut ke jaringan perifer. Asetoasetat dan 3- hidroksibutirat merupakan bahan bakar normal pada metabolisme energi dan secara kwantitatif penting sebagai sumber energi .Otot ©2004 Digitized by USU digital library 6

 jantung dan korteks ginjal menggunakan asetoasetat sebagai sumber energi disbanding glukosa.. glukosa merupakan bahan b akar utama bagi otak dan sel darah merah pada orang yang mempunyai gizi baik dengan diet seimbang. Tapi otak dapat beradaptasi dan menggunakan asetoasetat dalam keadaan kelaparan dan diabetes. Pada kelaparan berkepanjangan, 75% bahan bakar yang diperlukan oleh otak didapat dari asetoasetat. Asetoasetat dapat diaktifkan melalui pemindahan KoA dari suksinil KoA dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh suatu koA transferase spesifik. Kemudian, asetoasetil KoA dipecah oleh tiolase menjadi dua molekul asetil KoA, yang selanjutnya memasuki daur asam sitrat. Hati dapat membekali organ-organ lain dengan asetoasetat karena hati tidak memiliki KoA transferase spesifik ini. Asam lemak dilepaskan oleh jaringan adiposa dan diubah menjadi unit- unit astil oleh hati, yang kemudian mengeluarkannya sebagai asetoasetat .Kadar asetoasetat yang tinggi

dalam darah menandakan berlimpahnya unit asetil yang menyebabkan berkurangnya laju lipolisis di jaringan adiposa .



Oksidasi asam lemak di dalam mitokondria menyebabkan pembentukan sejumlah besar ATP melalui proses yang disebut oksidasi, yaitu proses yang akan memisahkan unit-unit aset KoA secara sekuensial dari rantai asil lemak. Asetil-KoA doioksidasi pada siklus asam sitrat yang akan memproduksi ATP berikutnya.



Oksidasi asml lemak dengan jumlah atom karbon yang ganjil akan menghasilkan asetil-KoA ditambah satu molekul prepionil-KoA yang bersifat glukegonik.

Fungsi Lemak  

Sebagai pelindung tubuh dari pengaruh suhu rendah



Sebagai pelarut vitamin A, D, E dan K



Sebagai pelindung alat-alat tubuh yang vital (antara lain jantung dan lambung), yaitu sebagai bantalan lemak 



Sebagai penghasil energi tertinggi, karena setiap garm lemak menghasilkan energi 9,3 kkal



Sebagai salah satu bahan penyusun membran sel



Sebagai salah satu bahan penyusun hormon dan vitamin (khusus untuk sterol)



Sebagai salah satu bahan penyusun garam empedu, asam kolat (di dalam hati) dan hormon seks (khusus untuk kolesterol)

Lemak diserap tubuh dalam bentuk gliserol dan asam lemak. Gliserol mudah larut di dalam air sengga mudah diserap pembuluh darah. Di dalam usus halus, asam lemak hasil pencernaan makanan mula-mula bereaksi dengan garam-garam karbonat membentuk  senyawa sabun. Senyawa sabun dapat diserap oleh jonjot (vili) usus. Di dalam jonjot usus, senyawa sabun terurai kembali menjadi asam lemak dan garam karbonat. Asam lemak  bersenyawa kembali dengan gliserol membentuk lemak, dan selanjutnya diangkut oleh pembuluh getah bening usus atau pembuluh kil menuju ke pembuluh getah bening kiri pembuluh dada terus ke pembuluh balik bawah selangka (vena subklavia) kiri. Lemak 

tersebut seanjutnya disimpan di jaringan adiposa (jaringan lemak). Hal ini terjadi apabila masih ada glukosa yang masih dipergunakan dalam sebagai sumber energi. Jika dibutuhkan, lemak akan diangkut kehati dalam bentuk senyawa lesitin. Di hati lemak dihidrolisis oleh lipase menjadi asam lemak dan gliserol.

Syamsuri, Istamar. 2007.  Bologi Kelas XI Semester II . Jakarta: Erlangga.