ayi ainun vihuela: sintesis asam lemak

BAB I

PENDAHULUAN

Pada daun hijau tubuhan, asam lemak diproduksi di kloroplas. Pada bagian lain tumbuhan dan pada sel hewan (dan manusia), asam lemak dibuat di sitosol. Proses esterifikasi (pengikatan menjadi lipida) umumnya terjadi pada sitoplasma, dan minyak (atau lemak) disimpan pada oleosom. Banyak spesies tanaman menyimpan lemak pada bijinya (biasanya pada bagian kotiledon) yang ditransfer dari daun dan organ berkloroplas lain. Beberapa tanaman penghasil lemak terpenting adalah kedelai, kapas, kacang tanah, jarak, raps/kanola, kelapa, kelapa sawit, jagung dan zaitun.

Proses biokimia sintesis asam lemak pada hewan dan tumbuhan relatif sama. Berbeda dengan tumbuhan, yang mampu membuat sendiri kebutuhan asam lemaknya, hewan kadang kala tidak mampu memproduksi atau mencukupi kebutuhan asam lemak tertentu. Asam lemak yang harus dipasok dari luar ini dikenal sebagai asam lemak esensial karena tidak memiliki enzim untuk menghasilkannya.

Biosintesis asam lemak alami merupakan cabang dari daur Calvin, yang memproduksi glukosa dan asetil-KoA. Proses berikut ini terjadi pada daun hijau tumbuh-tumbuhan dan memiliki sejumlah variasi.

Biosintesis lemak dimulai dengan biosintesis asam lemak. Prekursor biosintesis asam lemak adalah asetil KoA. Rute biosintesis asam lemak berbeda dengan rute b-oksidasi asam lemak. Meskipun biosintesis asam lemak terjadi setiap 2 atom C, tetapi prekursornya adalah senyawa malonil (C3). Jadi setiap pemanjangan 2 atom C dari senyawa C3 menghasilkan karbon dioksida (CO2).

BAB II

PEMBAHASAN

Biosintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan jalur pemecahannya. Sintesisasam lemak lebih merupakan seperangkat reaksi, lagi-lagi menunjukkan prinsip bahwa jalur sintesis dan jalur pemecahan dalam sistem biologis biasanya berbeda.

CIRI PENTING JALUR BIOSINTESIS ASAM LEMAK

§ Biosintesis berlangsung di sitosol, berbeda dengan pemecahan yang berlangsung di dalam matriks mitokondria.

§ Zat antara pada biosintesis asam lemak berikatan kovalen dengan gugus sulfhidril padaprotein-pembawa asil (ACP), sedangkan zat antara pada pemecahan asam lemak berikatan dengan koenzim A.

§ Enzim-enzim pada biosintesis asam lemak pada organisme yang lebih tinggi tergabung dalam suatu rantaipolipeptida tunggal, yang disebut sintase asam lemak. Sebaliknya, enzim-enzim pemecahan tampaknya tidak saling berikatan.

§ Rantai asam lemak yang sedang tumbuh, diperpanjang dengan cara penambahan berturut-turut unit dua-karbon yang berasal dari asetil KoA. Donor aktif unit dua-karbon pada tahap perpanjangan adalah malonil-ACP. Reaksi perpanjangan dipacu oleh pelepasan CO

§ Reduktor pada biosintesis asam lemak adalah NADPH, sedangkan oksidator pada pemecahan asam lemak adalah NAD+ dan FAD.

TAHAP – TAHAP BIOSINTESIS ASAM LEMAK

1. Pembentukan Malonil Koenzim A

Merupakan langkah yang menentukan pada sintesis asam lemak. Penemuan oleh Salih Wakil bahwa bikarbonat diperlukan untuk biosintesis asam lemak merupakan petunjuk penting untuk mengungkapkan proses ini. Sintesis asam lemak diawali dengan karboksilasi asetil KoA menjadi malonil KoA. Reaksi yang ireversibel ini merupakan tahap awal menuju sintesis asam lemak.

Sintesis malonil KoA dikatalisis oleh asetil KoA karboksilase, yang mengandung gugus prostetik biotin. Gugus karboksil biotin berikatan kovalen dengan gugus amino pada residu lisin, seperti halnya piruvat karboksilase. Kesamaan lainnya antara asetil KoA karboksilase dan piruvat karboksilase ialah bahwa asetil KoA mengalami karboksilasi dalam dua tahap.

Mg²⁺

O O

║ ║

Biotin

CH₃— C — SCoA + CO₂ + ATP HO₂C—CH₂—C—SCoA + ADP + Pi

Pertama, zat-antara karboksibiotin terbentuk dengan menggunakan ATP. Gugus C02 aktif dalam zat-antara ini kemudian dipindahkan ke asetil KoA membentuk malonil KoA.

Substrat berikatan dengan enzim ini dan produk dibebaskan dalam urutan yang spesifik . Asetil KoA karboksilase menunjukkan suatu mekanisme reaksiping-pong, saat satu atau lebih produk dibebaskan sebelum substrat terikat. Asetil KoA karboksilase Escherichia coli telah dapat dipisahkan menjadi subunit-subunit yang dapat mengkatalisis bagian-bagian reaksi. Biotin berikatan kovalen dengan protein kecil (22 kd) yang disebut protein pembawa karboksil biotin. Karboksilasi unit biotin dalam protein pembawa ini dikatalisis oleh biotin karboksilase, yang merupakan subunit kedua. Komponen ketiga dari sistem ini adalah suatu tmnskarboksilase, yang mengkatalisis pemindahan unit C02 aktif dari karboksibiotin ke asetil KoA. Panjang dan kelenturan ikatan antara biotin dan protein pembawanya memungkinkan gugus karboksil aktif untuk berpindah dari suatu situs aktif ke situs aktifyang lainnya di dalam kompleks enzim, seperti pada piruvat karboksilase.

2. Pembentukan Rantai Asam Lemak

Reaksi dasar dengan pembentukan ikatan – ikatan karbon – karbon pada biosintesis adalah:

O O O O

║ ║ ║ ║

Gugus Asil lemak dengan enzim terikat

E—S— C — R+ ^-O₂C— CH₂— C—S—E’ E’—S—C—CH₂—C—R + HS—E + CO₂

Gugus malonil dengan enzim terikat

Rantai lebih panjang dengan enzim terikat

P. Roy Vagelos menentukan bahwa beberapa zat-antara sintesis asam lemak pada E. coli tetikat pada protein pembawa asil. Khususnya mereka terikat pada ujung sulffiidril gugus fosfopantetein. Pada pemecahan asam lemak, unit ini merupakan bagian dari KoA, sedangkan pada sintesis, ia berikatan dengan residu serin dari ACP. ACP ini merupakan rantai polipeptida tunggal yang terdiri atas 77 residu dan dapat dianggap sebagai suatu gugus prostetik raksasa atau “makro KoA”.

3. Daur Perpanjangan Pada Sintesis Asam Lemak

Sistem enzim yang mengkatalisis asam lemak jenuh rantai panjang dari asetil KoA, malonil KoA, dan NADPH disebut sintase asam lemak. Komponen-komponeti enzim sintase asam lemak pada bakteri akan terurai apabila sel dirusak. Tersedianya enzim-enzim yang telah diisolasi ini mempermudah penjelasan langkah-langkah sintesis asam lemak. Nyatanya, reaksi-reaksi sintesis asam lemak pada organisme yang lebih tinggi banyak kesamaannya dengan reaksi-reaksi pada bakteri, :

Pada reaksi kondensasi, satu unit empat-karbon terbentuk dari satu unit dua-karbon dan satu unit tiga-karbon, dan CO2 dibebaskan. Mengapa unit empat-karbon tidak terbentuk dari dua unit dua-karbon? Dengan lain perkataan, mengapa yang bereaksi asetil-ACP dan malonil-ACP dan bukan dua molekul asetil-ACP? Jawabannya adalah bahwa keseimbangan untuk sintesis asetoasetil-ACP dari dua molekul asetil-ACP tidaklah menguntungkan. Sebetulnya reaksi kondensasi dibantu oleh ATP, meskipun ATP tidak berperan langsung pada reaksi kondensasi. ATP digunakan untuk karboksilasi asetil KoA menjadi malonil KoA. Energi bebas yang tersimpan di dalam malonil KoA dibebaskan pada saat dekarboksilasi bersamaan dengan terbentuknya asetoasetil-ACP. Meskipun HCO ‘ diperlukan untuk sintesis asam lemak, atom karbon dari bikarbonat tersebut tidak terdapat di dalam produk. Agaknya, semua atom karbon pada asam lemak dengan jumlah atom karbon genap berasal dari asetil KoA.

Tiga tahap berikutnya pada sintesis asam lemak ialah reduksi gugus keto pada C-3 menjadi gugus metilen. Pertama, asetoasetil-ACP direduksi menjadi D-3-hidroksibutiril-ACP. Reaksi ini berbeda dengan reaksi yang sesuai pada pemecahan asam lemak dalam dua hal: (1) yang terbentuk di sini adalah epimer D bukan L dan (2) NADPH merupakan reduktor, sedangkan NAD* adalah oksidator pada oksidasi-/3. Perbedaan ini menggambarkan prinsip-prinsip umum bahwa NADPH digunakan pada reaksi-reaksi biosintesis, sedangkan NADH iihasilkan pada reaksi-reaksi yang menghasilkan energi. Selanjutnya, D-3-hidroksibutiril-ACP mengalami dehidrasi membentuk krotonil-ACP, yang merupakan suatu mz«.s-A2-enoil-ACP. Langkah akhir daur adalah reduksi krotonil-ACP menjadi butiril-ACP. NADPH lagi-lagi berlaku sebagai reduktor sedangkan oksidator pada reaksi yang sesuai dalam oksidasi-/3 adalah FAD. Ketiga reaksi terakhir ini—reduksi, dehidrasi, dan reduksi keduanya—mengubah asetoasetil-ACP menjadi butiril -ACP, yang menyempurnakan daur perpanjangan pertama.

4. Asam Lemak Disintesis Pada Sel Eukariot Oleh Kompleks Enzim Multifungsi

Sintase asam lemak pada eukariot, tidak seperti pada E. coli merupakan komplek muhienzim. Pada ragi kompleks multienzim tersebut mempunyai massa 2400 kd dan dalam mikrograf elektron tampak sebagai elipsoid dengan panjang 25 nm dan diameter melintang 21 nm. Kompleks multienzim ini terdiri dari dua jenis rantai polipeptida dengan susunan subunit b. Rantai a mengandung protein pembawa asil, enzim penggabung, dan/3-ketoasiI reduktase, sedangkan rantai bmengandung asetil transasilase, malonil transasilase,/3-hidroksiasii dehidratase, dan enoil reduktase.

Sintase asam lemak mamalia merupakan suatu dimer identik dengan subunit masing-masing bermassa 260-kd yang identik. Tiap rantai melipat menjadi tiga bagian yang digabungkan oleh daerah yang lentur. Bagian 1, yaitu tempat masuk substrat dan unit kondensasi, mengandung asetil transferase, malonil transferase, dan b-ketoasil sintase (enzim penggabung). Bagian 2, yaitu unit reduksi, mengandung protein pembawa asil. b-ketoasil reduktase, dehidratase, dan enoil reduktase. Bagian 3, yaitu unit pembebas palmitat mengandung tioesterase Jadi, terdapat tujuh situs katalitik yang berlainan pada satu rantai polipeptida.

Perlu diketahui bahwa banyak di antara kompleks multienzim eukariotik adalah protein multifungsi dengan sejumlah enzim berikatan secara kovalen. Keuntungan susunan seperti ini ialah bahwa sintesis enzim-enzim tersebut terkoordinasi. Selain itu, suatu kompleks multienzim yang terdiri atas enzim-enzim yang terikat secara kovalen lebih stabil daripada enzim-enzim dengan ikatan nonkovalen. Lagi pula, zat-zat antara dapat disalurkan dari satu situs aktif ke situs aktif lainnya tanpa meninggalkan kompleks enzim. Waktu difusi sangat berkurang dan reaksi sampingan dapat ditekan sesedikit mungkin. Rupanya enzim multifungsi seperti sintase asam lemak timbul padaevolusi eukariot melalui pengacakan ekson.

5. Unit Fosfopanteteinil Acp Yang Lentur Membawa Substrat Dari Satu Situs Aktif Ke Situs Aktif Lainnya

Sintesis asam lemak pada dimulai dengan pengikatan gugus asetil pada asetil KoA ke atom oksigen pada rantai samping serin di situs aktif pada asetil transferase. Gugus malonil pada malonil KoA juga berikatan O pada situs aktif malonil transferase. Reaksi dengan ini berlangsung di bagian 1 sintase.

Selanjutnya unit asetil dipindahkan ke sulfur sistein di situs aktif enzim penggabung dan unit malonil dipindahkan ke atom belerang gugus fosfopanteteinil pada protein pembawa asil (ACP) yang terdapat pada rantai lain dari dimer. Bagian 1 tiap rantai pada dimer ini berinteraksi dengan bagian 2 dan 3 rantai yang lain. Jadi, setiap dua unit fungsional pada sintase terdiri dari bagian-bagian yang dibentuk oleh rantai yang berbeda. Memang, daerah kegiatan katalitik terdapat pada permukaan antardaerah bagian pada rantai yang berseberangan.

Pemanjangan dimulai dengan penggabungan unit asetil pada enzim penggabung dengan bagian dua-karbon dari unit malonil pada ACP. C02 dibebaskan dan unit asetoasetil-S-fosfopanteteinil terbentuk pada ACP. Situs aktif sulftiidril pada enzim penggabung bebas kembali. Gugus asetoasetil selanjutnya dibawa ke tiga situs aktif di bagian 2 pada rantai yang berseberangan untuk mereduksinya menjadi unit butiril. Unit C4 jenuh ini kemudian pindah dari sulfur fosfopanteteinil pada ACP ke atom sulfur sistein pada enzim penggabung. Sintase kini siap untuk daur pemanjangan berikutnya. Unit butiril pada enzim penggabung selanjutnya menjadi terikat kepada bagian dua-karbon dari unit malonil pada ACP untuk membentuk unit C& pada ACP yang selanjutnya mengalami reduksi. Lima lagi daur kondensasi dan reduksi diperlukan untuk menghasilkan rantai palmitoil (C ) pada CE yang dihidrolisis menjadi palmitat oleh tioesterase pada bagian 3 rantai yang berseberangan. Perpindahan rantai asil lemak yang sedang memanjang bolak-balik antara ACP dan enzim penggabung pada tiap daur pemanjangan penting untuk diperhatikan. Translokasi yang analog terjadi pada perpanjangan rantai peptida pada sintesis protein.

Subunit enzim tidak memerlukan penataan ulang struktural yang besar untuk berinteraksi dengan substrat. Substrat terdapat pada lengan yang panjang dan lentur, dan dapat mencapai tiap-tiap situs aktif yang banyak jumlahnya. Ingat bahwa biotin dan lipoamida juga terdapat pada lengan yang panjang dan lentur di dalam kompleks multienzimnya. Susunan sintase asam lemak pada ragi danorganisme yang lebih tinggi meningkatkan efisiensi keseluruhan proses karena zat-zat antara dapat langsung dipindahkan dari satu situs aktif ke situs aktif berikutnya.

Reaktan-reaktan tidak diencerkan dalam sitosol dan tidak perlu berdifusi secara acak untuk dapat bereaksi. Keuntungan lain kompieks multienzim ialah bahwa zat antara yang terikat secara kovalen akan dipisahkan dan dilindungi terhadap reaksi-reaksi kompetitif.

6. Sitrat Membawa Gugus Asetil Dari Dalam Mitokondria Ke Sitosol Untuk Sintesis Asam Lemak

Sintesis palmitat memerlukan 8 molekul asetil KoA, 14 NADPH, dan 7 ATP. Asam lemak disintesis di sitosol, sedangkan asetil KoA terbentuk dari piruvatdi mitokondria. Dengan demikian, asetil KoA harus dipindahkan dari mitokondria ke sitosol. Akan tetapi, mitokondria tidak permeabel bagi asetil KoA. Ingat bahwa karnitin hanya membawa asam lemak rantai panjang. Rintangan bagi asetil KoA dapat diatasi oleh sitrat, yang mengangkut gugus-gugus asetil melintasi membnn bagian dalam mitokondria. Sitrat terbentuk di dalam matriks mitokondria dari kondensasi asetil KoA dengan oksaioasetat. Apabila kadarnya tinggi, sitrat diangkut ke sitosol, tempat ia akan dipecah oleh ATP-sitrat liase. Jadi, asetil KoA dan oksaloasetat dipindahkan dari dalam mitokondria ke sitosol dengan menggunakan ATP.

7. Sumber NADPH Untuk Sintesis Asam Lemak

Oksaloasetat yang terbentuk pada perpindahan gugus asetil ke sitosol kini harus dikembalikan ke mitokondria. Membran bagian dalam mitokondria tidak permeabel bagi oksaioasetat. Dengan demikian, diperlukan serangkaian reaksi pintas. Yang terpenting, reaksi-reaksi ini banyak menghasilkan NADPH, yang diperlukan untuk sintesis asam lemak. Pertama, oksaioasetat direduksi menjadi malat oleh NADH. Reaksi ini dikatalisis oleh malat dehidrogenase di sitosol.

Hasil akhir biosintesis asam lemak: