MAKALAH β-OKSIDASI ASAM LEMAK
DISUSUN OLEH: KELOMPOK 4:
1. ASMAWATI ILYAS 2. AYU RAHAYU 3. SERNA HAMID 4. SUBHAN 5. ZUHRA ADMINIRA
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR 2017
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Lipid merupakan senyawa organik yang sukar larut dalam air tetapi dapat larut dalam pelarut organik non-polar seperti eter, benzena, kloroform. Dalam tubuh manusia lipid berfungsi sebagai komponen struktur membrane sel, sebagai bentuk penyimpanan energy, sebagai bahan bakar metabolik dan sebagai agen pengemulsi. Lemak memiliki sifat-sifat yang khas yaitu tidak larut atau sedikit larut dalam air dan dapat diekstrasi dengan pelarut non-polar seperti chloroform, eter, benzene, heksana, aseton dan alcohol panas. Lemak mempunyai banyak fungsi biologis yang sangat menunjang kehidupan organisme, antara lai berperan dalam transport aktif sel, penyusun membrane sel, sebagai cadangan energi dan isolator panas, sebagai pelarut vitamin A, D, E, dan K. Lemak dapat mengalami reaksi hidrolisis, ketengikan, hidrogenasi, penyabunan dan lain-lain. Manusia membutuhkan makanan sebagai sumber energi untuk aktivitas sehari-hari. Sumber energi utama yang digunakan oleh manusia adalah karbohidrat. Oleh karena itu sumber makanan seperti beras dan gandum yang kaya karbohidrat dijadikan sebagai bahan makanan pokok. Molekul glukosa akan menghasilkan energi dalam bentuk ATP dan digunakan untuk berbagai aktivitas tubuh. Asam lemak adalah asam karbonat dengan rantai hidrokarbon yang panjang dengan rumus CH3(CH2)nCOOH atau CnH2n+1-COOH. Sebagai komponen dari lipid, asam lemak terdapat pada semua organisme. Asam lemak terutama berada dalam bentuk ester dengan alkohol, misalnya dengan gliserol, spingosin atau kolesterol. Dalam jumlah kecil asam lemak ditemukan juga dalam bentuk tidak teresterisasi, sehingga dikenal sebagai asam lemak bebas. Lemak adalah ester yang tersusun dari tiga asam lemak dengan tiga gugus alkohol dari senyawa gliserol. Bila hanya satu asam lemak yang teresterisasi dengan gliserol, disebut monoasilgliserol (rantai asam lemak = rantai asli). Melalui esterisasi dengan asam lemak lainnya akan dihasilkan diasilgliserol dan selanjutnya
triasilgliserol yang merupakan lemak yang
sesungguhnya. Saat tubuh dalam keadaan lapar/puasa dan tidak ada asupan makanan, tubuh mampu menggunakan lemak sebagai sumber energi menggantikan karbohidrat. Lemak-lemak di dalam tubuh akan dipecah menjadi asam lemak yang selanjutnya akan didegradasi melalui oksidasi α dan oksidasi β. Oksidasi α akan mendegradasi asam lemak menjadi molekul dengan 1 atom C, sedangkan oksidasi β mendegradasi asam lemak menjadi molekul dengan 2 atom C. Oksidasi β merupakan jalur utama dari degradasi asam lemak.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah dalam makalah ini adalah: 1. Apa pengertian lipid? 2. Bagaimana proses metabolisme lipid? 3. Apa yang dimaksud beta oksidasi asam lemak jenuh? 4. Bagaimana perhitungan hasil akhir oksidasi beta?
BAB II PEMBAHASAN
A. Pengertian Lipid
Lipid merupakan senyawa organik yang sukar larut dalam air tetapi dapat larut dalam pelarut organik non-polar seperti eter, benzena, kloroform. Ada beberapa fungsi lipid diantaranya: 1. Sebagai komponen struktural membran sel 2. Sebagai cadangan energi 3. Sebagai bahan bakar metabolik 4. Sebagai hormone dan vitamin Beberapa jenis lipid, yaitu: 1. Asam lemak Asam lemak merupakan asam monokarboksilat rantai panjang dengan rumus umum: CH3(CH2)nCOOH atau CnH2n+1 – COOH. ada dua jenis asam lemak, yaitu:
a. Asam lemak jenuh Asam lemak ini tidak memiliki ikatan rangkap H
H H H
- C – C – C - C H
H H H
b. Asam lemak tak jenuh Asam lemak ini memiliki satu atau lebih ikatan rangkap H H H H - C – C = C – C H H asam monoenoat
H H H H H H H - C – C = C – C – C = C – C H H H asam polienoat
2. Asil gliserol (gliserida) Gliserida merupakan ester asam lemak dan gliserol, fungsi dasar dari gliserida adalah sebagai simpanan energi (berupa lemak atau minyak).
3. Fosfogliserida (fosfolipid) Lipid yang mengandung asam fosfat diesterkan pada gugus C3-hidroksil disebut fosfigluiserida. 4. Derivat asam lemak (ester kolesterol) Bagian asam lemak biasanya merupakan jenis berantai panjang dan sering tak jenuh. Ester kolesterol merupakan bentuk penyimpanan dan pengangkutan dari kolesterol. Ester kolesterol terbentuk dalam tetesan lipid intrasel dan dalam lipoprotein plasma. 5. Terpen Merupakan atom polimer dari unit isoprene atom lima karbon. Dalam terpen termasuk vitamin A, E dan K dan dolikol, poliprenol yang mengandung banyak unit-unit isoprene. B. Metabolisme Lipid
Lipid yang kita peroleh sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu trigliserid (ester antara gliserol dengan 3 asam lemak). Secara ringkas, hasil dari pencernaan lipid adalah asam lemak dan gliserol, selain itu ada juga yang masih berupa monogliserid. Sebagian besar asam lemak dan monogliserida tidak larut dalam air, oleh karena itu diangkut dan dilepaskan dalam sel epitel usus, Di dalam sel ini asam lemak dan monogliserida segera dibentuk menjadi trigliserida (lipid) dan berkumpul berbentuk gelembung yang disebut kilomikron. Kilomikron ini kemudian ditransportasikan menuju hati dan jaringan adiposa. Di dalam sel-sel hati dan jaringan adiposa, kilomikron segera dipecah menjadi asam-asam lemak dan gliserol. Selanjutnya asam-asam lemak dan gliserol tersebut, dibentuk kembali menjadi simpanan trigliserida. Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi. Proses oksidasi asam lemak inilah yang dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. C. 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.
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.
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 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.
Bagian pertama oksidasi asam lemak jenuh memiliki empat tahap, yakni:
Tahap dehidrogenasi pertama
Setelah ester asil lemak KoA jenuh masuk ke dalam matriks, molekul itu mengalami dehidrogenasi enzimatik pada atom karbon α dan β (atom karbon 2 dan 3) untuk membentuk ikatan ganda pada rantai karbon dan menghasilkan suatu trans- ∆2 -enoil-KoA sebagai produk. Dalam tahap yang dikatalisa oleh dehidrogenase asil-KoA, yaitu enzim yang mengandung FAD sebagai gugus prostetik. Asil lemak-S-KoA + E-FAD → trans-∆2 -enoil-S-KoA + E-FADH 2
Tahap hidrasi
Pada tahap kedua dari siklus oksidasi asam lemak, air ditambahkan pada ikatan ganda trans-∆2 -enoil-KoA untuk membentuk l stereoisomer β-hidroksiasil-KoA yang ditunjukkan oleh 3-hidroksiasil-KoA yang dikatalisis oleh enoil-KoA hidratase. Trans-∆2 -enoil-S-KoA + H2O ↔ L-3-hidroksiasil-S-KoA
Tahap dehidrogenase kedua
Pada tahap ketiga siklus oksidasi asam lemak ini L-3-hidroksiasil-S-KoA didehidrogenasi membentuk 3-ketosil-KoA oleh kerja 3-hidroksiasil-KoA dehidrogenase dan NAD + sebagai penerima electron spesifik. L-3-hidroksiasil-S-KoA + NAD + ↔ 3-ketosil-S-KoA + NADH + H+
Tahap tiolisis
Tahap keempat dan terakhir dari siklus oksidasi asam lemak jenuh dikatalisis oleh asetilKoA asetiltransferase (tiolase) yang melangsungkan reaksi 3-ketoasil-KoA dengan molekul dari KoA-SH bebas untuk membebaskan potongan 2 karbon karboksil terminal dari asam lemak asalnya, sebagai asetil-KoA, dan produk sisanya, yaitu ester KoA dari asam lemak semula yang sekarang diperkecil dengan dua atom karbon.
3-ketosil-S-KoA + KoA-SH ↔ asil lemak – s KoA yang diperpendek + asetil-s-KoA
1. Beta Oksidasi Asam lemak Jenuh
Asam lemak jenuh adalah asam lemak yang tidak mengandung ikatan rangkap dalam strukturnya. Karena hampir semua asam lemak dari jaringan hewan memiliki jumlah atom
karbon genap, telah lama dipikirkan bahwa asam lemak disintesa dan didegradasi oleh penambahan atau pengurangan potongan-potongan dua karbon. Misalkan, oksidasi asam palmitat yang mempunyai 16 atom karbon akan menghasilkan 8 unit asetil KoA tetapi hanya memerlukan 7 siklus oksidasi Beta. Satu urutan oksidasi beta menghasilkan 1 mol asetil KoA dan memberi 5 mol ATP kepada sel. Tiap mol asetil KoA, bila dioksidasi dalam siklus Krebs menjadi CO2 dan H2O, memberi tambahan ikatan fosfat energi tinggi kepada sel yang ekivalen dengan 12 mol ATP. a. Tahap pengaktifan asam lemak yaitu
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai panjang ini tidak bisa langsung masuk kedalam mitokondria sehingga harus diaktifkan dulu agar dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa karnitin. Berikut adalah mekanisme transportasi asam lemak trans membrane mitokondria melalui mekanisme penngangkutan karnitin.
ATP + KoA
AMP + PPi Asil-KoA
FFA
Karnitin palmitoil transferase I
Asil-KoA sintetase Tiokinase
Membran mitokondria eksterna
Asil-KoA
KoA
Karnitin
Karnitin Asil karnitin translokase
Karnitin palmitoil transferase II
KoA Asil karnitin
Asil karnitin
Karnitin Asil-KoA
Membran mitokondria interna
Asil karnitin Beta oksidasi
Mekanisme transportasi asam lemak trans membran mitokondria melalui mekanisme pengangkutan karnitin
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut: 1) Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim tiokinase. 2) Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna mitokondria. 3) Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar. 4) Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan. 5) Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi beta. Setelah itu asam lemak masuk dalam oksidasi beta.
Bagian kedua asam lemak jenuh
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh babak pertama oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat. Asetil KoA dioksidasi melalui siklus asam sitrat atau siklus krebs
Reaksi-reaksi dalam siklus asam sitrat: 1) Sitrat sintase, mengkatalis kondensasi asetil KoA dengan oksaloasetat untuk membentuk sitrat. 2) Akonitase, mengkatalis perubahan asam sitrat menjadi isositrat secara reversibel. 3) Isositrat hidrogenase, mendekarboksilasi isositrat menjadi alfa-ketoglutarat secara oksidatif. Dalam proses ini NAD+ doreduksi menjadi NADH dan CO 2 dilepaskan. 4) Alfa-ketoglutarat dehidrogenase, menghasilkan suksinil KoA dan KoA. NAD+ yang lain pun direduksi menjadi NADH dan CO 2 dilepaskan. 5) Suksinil KoA sintesa, mengubah suksinil KoA menjadi suksinat. 6) Suksinat dehidrogenase, mengoksidasi suksinat menjadi fumarat. Enzim ini memindahkan dua atom H ke FAD untuk membentuk FADH2. 7) Fumarat hidratase, menghidrasi fumarat menjadi malat. 8) Malat dehidrogenase, membentuk oksaloasetat dan satu lagi dari malat. Tahap terakhir ini menyempurnakan siklus asam sitrat.
D. Perhitungan ATP 1. Babak pertama Oksidasi Asam Lemak
Menghasilkan Asetil- KoA dan ATP
Satu molekul asetil-KoA dan dua pasang atom hidrogen dipindahkan dari asil lemak-KoA berantai panjang yang masuk ke tahap ini, sehingga rantainya diperpendek denagn 2 atom karbon. Persamaan bagi satu tahap, dimulai dengan ester KoA asam palmita t (16 atom) adalah
Palmitoil-S-KoA + KoA-SH + FAD + NAD + + H2O
Meristoil-S-KoA + asetil-A-KoA +
FADH2 + NADH + H +
Setelah pemindahan satu unit asetil-KoA dari palmitoil-KoA, kita berhadapan dengan ester KoA asam lemak yang telah diperpendek, yaitu asam miristat 14 karbon. Miristoil KoA ini sekarang dapat masuk ke dalam siklus oksidasi asam lemak dan mengalami rangkaian empat reaksi selanjutnya, yang sama dengan rangkaian pertama, menghasilkan molekul asetil-KoA kedua dan lauril-KoA, yaitu ester KoA dari asam lemak homolog 12-karbon, asam laurat. Bersama-sama, ketujuh lintasan yang melalui siklus Oksidasi asam lemak diperlukan untuk mengoksidasi satu molekul palmitoil-KoA untuk menghasilkan delapan molekul asetil-KoA:
Palmitoil-S-KoA + 7KoA-SH + 7FAD + 7NAD + + 7H2O
8 asetil-S-KoA + 7FADH2 +
7NADH + 7H +
Setiap molekul FADH2 yang terbentuk selama oksidasi asam lemak memberikan sepasang elektron ke ubikuinon pada rantai respirasi, dan ada dua molekul ATP yang dihasilkan dari ADP dan fosfat selama terjadinya transport pasangan elektron ke oksigen dan fosforilasi oksidatif yang berkaitan dengan itu. Serupa dengan hal tersebut, setiap molekul NADH yang terbentuk memindahkan sepasang elektron ke NADH dehidrogenase mitokondria, transport selanjutnya dari setiap pasang elektron menuju oksigen mengakibatkan pembentukan tiga molekul ATP dari ADP dan fosfat. Jadi, lima molekul ATP dibentuk per molekul asetil-KoA yang dipindahkan pada setiap lintas yang melalui rangkaian ini, yang terjadi pada jaringan hewan, seperti hati atau jantung. Oleh karena itu, kita dapat menuliskan persamaan keseluruhan bagi oksidasi palmitoilKoA menjadi delapan molekul asetil-KoA, termasuk transport elektron dan fosforilasi oksidatif:
Palmitoil-S-KoA + 7KoA-SH + 7O 2 + 35Pi + 35ADP
8asetil-S-KoA + 35ATP + 42H 2O (a)
2. Babak Kedua Oksidasi Asam Lemak, Asetil-KoA
Dioksidasi melalui Siklus Asam Sitrat
Asetil KoA yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak tidak berbeda dengan asetil-KoA yang dibentuk dari piruvat. Gugus asetilnya, pada akhirnya akan dioksidasi menjadi CO 2 dan H2O oleh lintas yang sama, yakni siklus asam sitrat.persamaan berikut ini menggambarkan neraca keseimbangan babak kedua di dalam oksidasi asam lemak, yaitu oksidasi kedelapan molekul asetil-KoA yang dibentuk dari palmitoil-KoA, dengan fosforilasi yang terjadi bersamaan dengan itu:
8 Asetil-S-KoA + 16O2 + 96Pi + 96 ADP 8KoA-SH + 96ATP + 104H 2O + 16CO2 (b)
Dengan menggabungkan persamaan (a) dan (b) bagi babak pertama dan kedua oksidasi asam lemak, kita memperoleh persamaan keseluruhan bagi oksidasi sempurna palmitoil-KoA menjadi karbon dioksida dan air.
Palmitoil-S-KoA+23O2+ 131Pi +131ADP
KoA-SH + 131ATP + 16CO 2 + 146H2O (c)
Atau dengan cara lain, dapat dirincikan sebagai berikut: Asam palmitat yang mempunyai 16 atom karbon (C 16H32O2), setelah diaktivasi dan ditransfer oleh karnitin maka akan masuk ke mitokondria dan selanjutnya mengalami beta-oksidasi asam lemak dan masuk ke siklus krebs. 1. Palmitoil KoA akan membentuk asetil KoA dengan 7 kali beta -oksidasi, yaitu menghasilkan 7 FADH2 dan 7 NADH yang masing-masing setara dengan 2 ATP dan 3 ATP. Jadi, dalam beta oksidasi asam lemka jenuh asam palmitat dihasilkan 35 ATP. 2. Selanjutnya asetil KoA yang dihasilkan dari beta-oksidasi ini akan masuk ke dalam siklus asam sitrat atau siklus krebs. Dimana dalam satu kali siklus asam sitrat ini, digunakan 1 mol asetil KoA yang didapat dari hasil beta-oksidasi. Asetil KoA masuk ke siklus asam sitrat atau siklus krebs, terbentuk 3 NADH yang setara denagn 9 ATP, 1 FADH 2 yang setara dengan 2 ATP dan 1 GTP yang setara denagn 1 ATP. Jadi, 1 mol asetil KoA menghasilkan 12 ATP. Oleh karena aktivasi asam palmitat menghasilkan 8 asetil KoA maka perhitungannya menjadi: dalam 8 mol asetil KoA, NADH = 3 x 8 = 24 mol, maka 24 x 3 = 72 ATP FADH2 = 1 X 8 = 8 mol, maka 8 x 2 = 16 ATP GTP = 1 x 8 = 8 mol, maka 8 x 1 = 8 ATP Jadi, (72 ATP + 16 ATP + 8 ATP) = 96 ATP 3. Jumlah ATP yang dihasilkan dalam oksidasi asam palmitat adalah ATP yang dihasilkan dari beta-oksidasi + ATP yang dihasilkan dari siklus asam sitrat atau siklus krebs = 131 ATP.
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Lipid merupakan senyawa organik yang sukar larut dalam air tetapi dapat larut dalam pelarut organik non-polar seperti eter, benzena, kloroform.
Beta oksidasi asam lemak jenuh adalah Proses oksidasi asam lemak jenuh dan menghasilkan asetil KoA.
Jumlah ATP yang dihasilkan dalam oksidasi asam palmitat adalah ATP yang dihasilkan dari beta-oksidasi + ATP yang dihasilkan dari siklus asam sitrat atau siklus krebs = 131 ATP.
B. Saran
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Apabila ada kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini agar kedepannya lebih baik lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Lehninger, L. Albert. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Montgomery, Rex. Dkk. Biokimia Jilid 2 Edisi keempat . Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Rusdiana. 2004. Metabolisme Asam Lemak. Universitas Sumatera Utara: Program Studi Biokimia Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara http://ginaangraeni10.wordpress.com/2010/05/23/beta-oksidasi-asam-lemak-jenuh http://id.shvoong.com/exact-sciences/biokimia/1870394-oksidasi-asam-lemak-jenuh http://www.biology.arizona.edu\biochemistry, 2003, The Biology Project-Biochemistry
