OKSIDASI ASAM LEMAK Aktivasi asam lemak Seperti pada metabolisme glukosa, asam lemak mula-mula harus diubah dalam suatu reaksi dengan ATP menjadi zat antara yang aktif sebelum mereka bereaksi dengan enzim-enzim yang bertanggung jawab untuk metabolisme mereka selanjutnya. Ini adalah satu-satunya langkah pada pemecahan sempurna asam lemak yang memerlukan energi dari ATP. Dengan adanya ATP dan koenzim A. enzim tiokinase (asil-Ko A sintesa) mengkatalisis perubahan asam lemak (atau asam lemak bebas) menjadi “asam lemak aktif” atau asil-Ko A disertai oleh pemakaian satu ikatan fosfat berenergi tinggi. Asam lemak + ATP + KoA Asil-KoA + PPi + AMP Adanaya pirofosfate anorganik menjamin bahwa pengaktifan menjadi sempurna karena hlangnya ikatan fosfat berenergi tinggi pirofosfat dipermudah. Dengan demikian, diperlukan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi selama pengaktifan setiap molekul asam lemak. PPi + H2O 2 Pi Tiokinse ditemukan di dalam dan di luar mitokondria. Beberapa tiokinase telah dikenal, masing-masing spesiik untuk asam lemak yang panjang rantainya berbeda. Selain itu, terdapat pula tiokinase mitokondria GTP-spesifik yang tidak pula tiokinase mitokondria GTP-spesifik yang tidak seperti enzim yang ATP-spesifik, membentuk GDP+Pi sebagai hasil dan bukan pirofosfat.
Peranan karnitin pada oksidasi asam lemak Karnitin (β -hidroksi-γ -trimetilamonium butirat), (CH3)3N+-CH(OH)-CH2-COOmerangsang oksidasi asam lemak rantai panjang oleh mitokondria. Karnitin tersebar luas terutama berlimpah-limpah dalam otot. Pengaktifan asam lemak ranti panjang menjadi
asil_KoA terjadi dalam mikrosom dan pada membrane luar mitokondra. Pengaktifan asam lemak rantai pendek dapat terjadi dalam mitokondria, Asil-KoA + Karnitin
Asil-karnitin + Ko A
Karnitin-Asetil Setiltransferase
Tidak tergantung pada karnitin. Asil-KoA rantai panjang tidak dapat menembus mitokondria dan menjadi teroksidasi keculai terdapat karntin. Suatu enzim, karnitinasil transferase I, Asetil-Ko A + Karnitin
Asetil – Karnitin + KoA
Karnitin-Asetil Setiltransferase
dihubungkan dengan membran dalam bagian luar mitokondria dan memungkinkan gugus asil rantai panjang (sebagai asilkarnitin) menembus mitokondria dan berhasil masuk ke system β -oksidasi. Mekanisme yang mungkin terjadi untuk peranan karnitin dengan mempermudah oksidasi asam lemak oleh mitokondria, karnitin-asetil asiltransferase, terdapat dalam mitokondria dan mengkatalis pemindahan gugus asil rantai pendek antara KoA dan karnitin. Fungsi enzim ini sedikit kabur, tetapi dapat mempermudah pengakutan gugus asetil melalui dinding mitokondria. Defisiensi karnitin mengganggu oksidsi asam lemak, dan triasilgliserol tertimbun. Karnitin disintesis dari lisin dalam hati dan ginjal.
β-Oksidasi asam lemak Beberapa enzim dikenal secara kolektif sebagai “oksidase asam lemak”, ditemukan dalam matriks mitokondria dekat rantai pernafasan (yang ditemukan pada
membrane dalam). Enzim-enzim ini mengkatalisis oksidasi asik-KoA menjadi asetil KoA, system ini dikopel dengan fosforilasi ADP menjadi ATP (gambar 17-3). Setelah dibentuk asetil Ko-A dan penembusan gugus asetil Ko-A melalui membran mitokondria lewat system transfer karnitin, berikutnya terjadi pembuangan dua atom hydrogen dari karbon α dan β, yang dikatalisis oleh asil Ko-A dehidrogenase. Ini menghasilkan pembentukan α, β-unsaturated atau A2 unsaturated asil Ko-A. Koenzim untuk dehidrogenase adalah suatu flavoprotein, mengandung flavin adenin dinukleotida (FAD) sebagai gugus prostetik, yang oksidasi kembalinya oleh rantai pernafasan memerlukan perantara flavoprotein lain, disebut flavoprotein pemindah elektron. Air ditambahkan untuk menjenuhkan ikatan rangkap dan membentuk β-hidroksiasil Ko-A, dikatalisis oleh enzim A2-enoil-koA hidratase (krotonase). Derivat β-hidroksi selanjutnya mengalami dehidrogenase pada karbon beta (beta hidroksilasi-KoA dehidrogenase) untuk membentuk senyawa β-ketoasil-KoA yang sesuai. Dalam hal ini, nikotinamid adenin dinuklotida (NAD) adalah koenzim yang berperan pada dehidrogenasi. Akhirnya βkotoeasil-KoA dipecah pada posisi β oleh tiolase (β-ketotiolase atau asetil-KoA asil transferase), yang mengkatalisis suatu pemecahan tiolotik yang menyangkut molekul KoA lainnya. Hasil-hasil reaksi ini adalah asetil-KoA dan suatu derivate asil-KoA yang mengandung dua karbon lebih sedikit daripada molekul asil-KoA asalnya yang mengalami oksidasi. Asil-KoA yang dibentuk dalam reaksi pembelahan kembali masuk dalam jalan oksdasi pada reaksi (2) (gambar 17-3). Dengan cara ini asam lemak rantai panjang dapat dipecahkan seluruhnya menjadi asetil-KoA (unit C2). Karena asetil-KoA dapat dioksidasi menjadi CO2 dan air melalui siklus asam sitrat (yang juga ditemukan dalam mitokondria), oksidasi lengkap asam lemak telah dicapai. Asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil dioksidasi melalui jalan βoksidasi sampai tersisa residu 3 karbon (propionil KoA). Senyawa ini diubah menjadi suksinil KoA, suatu unsur siklus asam sitrat. Energetika oksidasi asam lemak Transfor elektron dalam rantai pernafasan dari flavoprotein tereduksi dan NAD akan menyebabkan sintesis dari 5 ikatan fosfat berenergi tinggi untuk tiap-tiap 7 molekul asetil-KoA pertama yang dibentuk oleh β-oksidasi palminat (7 × 5 = 35). Dari
seluruh 8 mol asetil-KoA yang dibentuk, masing-masing akan memberikan paling sedikit 12 ikatan berenergi tinggi pada oksidasi dalam siklus asam sitrat, menghasilkan 8 x 12 = 96 ikatan berenergi tinggi berasal dari asetil-KoA yang dibentuk dari palmitat, dikurangi 2 untuk permulaan pengaktifan asam lemak, hasil bersihnya 129 ikatan berenergi tinggi/mol, atau 129 x 36,8=4747 kJ. Karena energy bebas pembakaran asam palmitat adalah 9791 kJ/mol, proses menangkap sebagai fosfat berenergi tinggi paling sedikit 48% dari energy total pembangkaran asam lemak. Oksidasi asam lemak peroksisomal Suatu bentuk modifikasi β-oksidasi ditemukan dalam peroksisom yang mengakibatkan pembentukan asetil-KoA dan H2O2 (dari flavoprotein yang dihubungkan dengan langkah dehidrogenase) system tidak dihubungkan langsung dengan fosforilasi dan pembentukan ATP tetapi membantu oksidasi asam lemak rantai sangat panjang ( misalnya C20, C22) dan dapat diinduksi oleh diet tinggi lemak dan obat-obat hipolipidemik separti klofibrat. α-&-ω- oksidasi asam secara kuantitatif β-oksidasi adalah jalan yang paling penting untuk oksidasi asam lemak. Akan tetapi, α-oksidasi, yaitu pembuangan satu karbon setiap kali dari ujung karboksil molekul, telah ditemukan pada jaringan otak. Ini tidak memerlukan zat antara KoA dan tidak menyebabkan dibentuknya fosfat berenergi tinggi. Orang dengan penyakit Refsum mempunyai gangguan hereditetr dalam α-oksidasi karena tidak mampu mengoksidasi asam fitanat yang dibentuk dari fitol dan terdapat dalam tumbuhtumbuhan yang dimakan. Asam fitanat mengandung gugus-CH3 pada karbon-β yang menghambat
β-oksidasi.
Orang
normal
dapat
mengatasi
hambatan
dengan
mempergunakan α-oksidasi sebagai permukaan. ω-oksidasi dilakukan oleh enzim-enzim hidroksilasi yang memerlukan sitokson P-450 dalam mikrosom. Gugus –CH3 diubah menjadi suatu gugus –CH2OH yang selanjutnya dioksidasi menjadi –COOH, dengan demikian membentuk suatu asam dikarboksilat. Ini di β-oksidasi, biasanya menjadi asam adipat dan asam substrat, yang terdapat dalam urin penderita ketotik. Sumber asam dikarboksilat adalah C10-C14 asam
monokarboksilat dalam jaringan adipose, yang dimobilisasikan ke hati pada keadaan ketosis. Oksidasi asam lemak tak jenuh Ester-ester KoA asam-asam ini dipecah oleh enzim-enzim yang biasanya berfungsi untuk β-oksidasi sampai dibentuk∆3-sis-asil-KoA atau senyawa ∆2-sis-asilKoA, tergantung pada posisi ikatan rangkapnya (gambar 17-4). Senyawa yang pertama diisomerisasikan (∆3-sis-∆2-trans-eniol-KoA isomerase) menjadi tingkat ∆2-trans-KoA yang sesuai, yang selanjutnya dihidrasi oleh ∆2-enoil hidratase menjadi derivat D( - )-βhidroksi-asil-KoA. Ini mengalami epimerisasi (D- )-β-hidroksi-asil-KoA epimerase untuk membentuk L(+)-β-hidroksi-asil-KoA yang biasa pada β-oksidasi. Peroksidasi mikrosomal dari asam lemak poliunsaturated Peroksidasi
lipid
dihasilkan
in
vivo
pada
destruksi
asam
lemak
poliunsaturated dalam membran lipid. Mula-mula satu atom hydrogen dilepaskan, meninggalkan suatu radikal lipid bebas. Sesudah pengaturan kembali ikatan rangkap, molekul oksigen ditambahkan untuk membentuk suatu lipid hidroperoksida atau endoperoksida. Bila asam lemak asli paling sedikit mengandung tiga ikatan rangkap, malondialdehida dapat dideteksi sebagai produk akhir. Peroksidasi asam lemak tak jenuh yang memerlukan NADPH dikatalisis oleh enzim mikrosomal. Zat anti dioksidans BHT (butilated hidroksitoluen) dan α-tokoferol (vitamin E) menghambat peroksidasi lipid mikrosomal.