asam lemak yang makromolekul organik yang berasal dari hidrokarbon, yang terdiri dari rantai panjang atom karbon dan hidrogen memiliki hidrofobik (yang liposoluble) dan merupakan dasar struktural lemak dan lipid.
Mereka adalah molekul yang sangat beragam yang dibedakan satu sama lain berdasarkan panjang rantai hidrokarbonnya dan keberadaan, jumlah, posisi dan / atau konfigurasi ikatan rangkapnya.
Skema umum asam lemak jenuh (Sumber: Laghi.l [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] melalui Wikimedia Commons)
Dalam lipid hewan, tumbuhan , jamur, dan mikroorganisme seperti bakteri dan ragi, lebih dari 100 kelas asam lemak yang berbeda telah dijelaskan dan dianggap sebagai spesies dan jaringan yang spesifik pada sebagian besar makhluk hidup.
Minyak dan lemak yang dikonsumsi manusia setiap hari, baik yang berasal dari hewan atau nabati, sebagian besar terdiri dari asam lemak.
Indeks artikel
pengantar
Mentega, antara lain, pada dasarnya terdiri dari asam lemak (Sumber: Africa Studio, via pixabay.com)
Molekul asam lemak melakukan fungsi penting pada tingkat sel, menjadikannya komponen penting dan, karena beberapa di antaranya tidak dapat disintesis oleh hewan, mereka harus mendapatkannya dari makanan.
Asam lemak jarang ditemukan sebagai spesies bebas dalam sitosol sel, sehingga umumnya ditemukan sebagai bagian dari konjugat molekul lain seperti:
– Lipid, dalam membran biologis.
– Trigliserida atau ester asam lemak, yang berfungsi sebagai cadangan pada tumbuhan dan hewan.
– Lilin, yang merupakan ester padat dari asam lemak rantai panjang dan alkohol.
– Bahan sejenis lainnya.
Pada hewan, asam lemak disimpan dalam sitoplasma sel sebagai tetesan kecil lemak yang terdiri dari kompleks yang disebut triasilgliserol, yang tidak lebih dari molekul gliserol yang terikat, di setiap atom karbonnya, rantai asam lemak. oleh ikatan ester.
Sementara bakteri memiliki asam lemak tak jenuh tunggal yang pendek dan biasanya, di alam umum ditemukan asam lemak yang rantainya memiliki jumlah atom karbon genap, biasanya antara 14 dan 24, jenuh, tak jenuh tunggal atau tak jenuh ganda.
Struktur
Asam lemak adalah molekul amfipatik, yaitu, mereka memiliki dua wilayah yang ditentukan secara kimia: wilayah kutub hidrofilik dan wilayah apolar hidrofobik.
Daerah hidrofobik terdiri dari rantai hidrokarbon panjang yang, dalam istilah kimia, tidak terlalu reaktif. Daerah hidrofilik, di sisi lain, terdiri dari gugus karboksil terminal (-COOH), yang berperilaku seperti asam.
Gugus karboksil terminal atau asam karboksilat ini terionisasi dalam larutan, sangat reaktif (secara kimia) dan sangat hidrofilik, sehingga mewakili tempat pengikatan kovalen antara asam lemak dan molekul lain.
Panjang rantai hidrokarbon asam lemak biasanya memiliki jumlah atom karbon yang genap, dan ini terkait erat dengan proses biosintesis yang menghasilkannya, karena pertumbuhannya terjadi dalam pasangan karbon.
Asam lemak yang paling umum memiliki rantai antara 16 dan 18 atom karbon dan pada hewan, rantai ini tidak bercabang.
Klasifikasi
Asam lemak diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar menurut sifat ikatan yang menyusunnya, yaitu menurut adanya ikatan tunggal atau ikatan rangkap antara atom karbon dari rantai hidrokarbonnya.
Jadi, ada asam lemak jenuh dan tidak jenuh.
– Asam lemak jenuh hanya memiliki ikatan karbon-karbon tunggal dan semua atom karbonnya “jenuh” atau terikat pada molekul hidrogen.
– Asam lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan rangkap karbon-karbon dan tidak semuanya terikat pada atom hidrogen.
Asam lemak tak jenuh juga dibagi menurut jumlah tak jenuh (ikatan rangkap) menjadi tak jenuh tunggal, yang hanya memiliki satu ikatan rangkap, dan tak jenuh ganda, yang memiliki lebih dari satu.
Asam lemak jenuh
Mereka biasanya memiliki antara 4 dan 26 atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan tunggal. Titik lelehnya berbanding lurus dengan panjang rantai, yaitu dengan berat molekulnya .
Asam lemak yang memiliki karbon antara 4 dan 8 berbentuk cair pada suhu 25 ° C dan merupakan penyusun minyak nabati, sedangkan asam lemak yang memiliki lebih dari 10 atom karbon berbentuk padat.
Di antara yang paling umum adalah asam laurat, yang berlimpah dalam minyak kelapa sawit dan inti kelapa; asam palmitat, ditemukan di kelapa sawit, kakao, dan lemak babi, dan asam stearat, ditemukan dalam kakao dan minyak terhidrogenasi.
Mereka adalah asam lemak dengan stabilitas lebih dari asam lemak tak jenuh, terutama terhadap oksidasi, setidaknya dalam kondisi fisiologis.
Karena ikatan karbon-karbon tunggal dapat berputar dengan bebas, asam lemak jenuh adalah molekul yang sangat fleksibel, meskipun halangan sterik membuat struktur yang diperpanjang penuh menjadi paling stabil secara energetik.
Asam lemak tak jenuh
Asam lemak ini sangat reaktif dan rentan terhadap saturasi dan oksidasi. Mereka umum pada tumbuhan dan organisme laut. Mereka yang hanya memiliki satu ikatan rangkap dikenal sebagai tak jenuh tunggal atau monoenoik, sedangkan yang memiliki lebih dari dua dikenal sebagai polienoat atau tak jenuh ganda.
Adanya ikatan rangkap adalah umum antara atom karbon antara posisi 9 dan 10, tetapi ini tidak berarti bahwa asam lemak tak jenuh tunggal dengan tak jenuh pada posisi lain tidak ditemukan.
Tidak seperti yang jenuh, asam lemak tak jenuh terdaftar bukan dari gugus karboksil terminal, tetapi menurut posisi ikatan rangkap C – C pertama. Dengan demikian, mereka dibagi menjadi dua kelompok, asam omega-6 atau 6. dan omega-3 atau 3.
Asam omega-6 memiliki ikatan rangkap pertama pada nomor karbon 6 dan asam omega-3 memilikinya pada nomor karbon 3. Nama diberikan oleh ikatan rangkap yang paling dekat dengan gugus metil akhir.
Ikatan rangkap juga dapat ditemukan dalam dua konfigurasi geometri yang dikenal sebagai ” cis ” dan ” trans ” .
Sebagian besar asam lemak tak jenuh alami memiliki konfigurasi ” cis ” dan ikatan rangkap dari asam lemak yang ada dalam lemak komersial (terhidrogenasi) berada di “trans” .
Dalam asam lemak tak jenuh ganda, dua ikatan rangkap biasanya dipisahkan satu sama lain oleh setidaknya satu gugus metil, yaitu, satu atom karbon yang terikat pada dua atom hidrogen.
Fitur
Asam lemak memiliki banyak fungsi dalam organisme hidup dan, seperti disebutkan di atas, salah satu fungsi esensialnya adalah sebagai bagian penting dari lipid, yang merupakan komponen utama membran biologis dan salah satu dari tiga biomolekul paling melimpah dalam organisme. dan karbohidrat.
Mereka juga merupakan substrat energi yang sangat baik berkat sejumlah besar energi yang diperoleh dalam bentuk ATP dan metabolit antara lainnya.
Mengingat hewan, misalnya, tidak mampu menyimpan karbohidrat, asam lemak merupakan sumber utama penyimpanan energi yang berasal dari oksidasi gula yang dikonsumsi secara berlebihan.
Asam lemak jenuh rantai pendek di usus besar berpartisipasi dalam merangsang penyerapan air dan ion natrium, klorida, dan bikarbonat; Selain itu, mereka memiliki fungsi dalam produksi lendir, dalam proliferasi kolonosit (sel usus besar), dll.
Asam lemak tak jenuh terutama berlimpah dalam minyak nabati yang dapat dimakan, yang penting dalam makanan semua manusia.
Minyak yang kita konsumsi sehari-hari adalah asam lemak (Sumber: stevepb, via pixabay.com)
Lainnya berpartisipasi sebagai ligan dari beberapa protein dengan aktivitas enzimatik, itulah sebabnya mengapa mereka penting sehubungan dengan efeknya pada metabolisme energi sel di mana mereka ditemukan.
Biosintesis
Degradasi asam lemak dikenal sebagai -oksidasi dan terjadi di mitokondria sel eukariotik. Biosintesis, sebaliknya, terjadi di sitosol sel hewan dan di kloroplas (organel fotosintesis) sel tumbuhan.
Ini adalah proses yang bergantung pada asetil-KoA, malonil-KoA dan NADPH, ini terjadi pada semua organisme hidup dan pada hewan “lebih tinggi” seperti mamalia. Misalnya, sangat penting dalam jaringan hati dan lemak, serta di kelenjar susu.
NADPH yang digunakan untuk rute ini terutama merupakan produk dari reaksi oksidasi yang bergantung pada NADP dari rute pentosa fosfat, sedangkan asetil-KoA dapat berasal dari sumber yang berbeda, misalnya, dari dekarboksilasi oksidatif piruvat, dari siklus Krebs dan -oksidasi. dari asam lemak.
Jalur biosintesis, seperti jalur -oksidasi, sangat diatur di semua sel oleh efektor alosterik dan modifikasi kovalen enzim yang berpartisipasi dalam regulasi.
-Sintesis malonil-koA
Jalur dimulai dengan pembentukan zat antara metabolik yang dikenal sebagai malonil-KoA dari molekul asetil-KoA dan dikatalisis oleh enzim multifungsi yang disebut asetil-KoA karboksilase.
Reaksi ini merupakan reaksi adisi dari molekul karboksil yang bergantung pada biotin (-COOH, karboksilasi) dan terjadi dalam dua langkah:
- Pertama, transfer yang bergantung pada ATP dari karboksil turunan bikarbonat (HCO3-) ke molekul biotin terjadi sebagai gugus prostetik (non-protein) yang terkait dengan asetil-KoA karboksilase.
- Selanjutnya, CO2 ditransfer ke asetil-KoA dan malonil-KoA diproduksi.
-Reaksi rute
Pada hewan, pembentukan rantai karbohidrat asam lemak terjadi lebih lanjut melalui reaksi kondensasi berurutan yang dikatalisis oleh enzim multimerik dan multifungsi yang dikenal sebagai sintase asam lemak.
Enzim ini mengkatalisis kondensasi unit asetil-KoA dan beberapa molekul malonil-KoA yang dihasilkan dari reaksi asetil-KoA karboksilase, suatu proses di mana satu molekul CO2 dilepaskan untuk setiap malonil-KoA yang ditambahkannya.
Asam lemak yang tumbuh diesterifikasi menjadi protein yang disebut “protein pembawa asil” atau ACP, yang membentuk tioester dengan gugus asil. Pada E. coli protein ini merupakan polipeptida 10 kDa, tetapi pada hewan merupakan bagian dari kompleks sintase asam lemak.
Pemutusan ikatan tioester ini melepaskan sejumlah besar energi, yang memungkinkan, secara termodinamika, terjadinya langkah-langkah kondensasi dalam jalur biosintetik.
Kompleks sintase asam lemak
Pada bakteri, aktivitas sintase asam lemak sebenarnya sesuai dengan enam enzim independen yang menggunakan asetil-koA dan malonil-koA untuk membentuk asam lemak dan dengan enam aktivitas enzim yang berbeda yang terkait.
Kompleks sintase asam lemak homodimerik dan multifungsi dari hewan (Sumber: Boehringer Ingelheim [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Pada mamalia, sebaliknya, sintase asam lemak adalah kompleks enzim homodimerik multifungsi dengan berat molekul sekitar 500 kDa, yang memiliki enam aktivitas katalitik yang berbeda dan dengan yang terkait dengan protein pembawa asil.
Langkah 1: reaksi priming
Gugus tiol dalam residu sistein yang bertanggung jawab atas pengikatan zat antara metabolik dengan enzim ACP harus dimuat, sebelum dimulainya sintesis, dengan gugus asil yang diperlukan.
Untuk ini, gugus asetil asetil-KoA ditransfer ke gugus tiol (-SH) dari salah satu residu sistein dari subunit ACP asam lemak sintase. Reaksi ini dikatalisis oleh subunit ACP-asil-transferase.
Gugus asetil kemudian ditransfer dari ACP ke residu sistein lain di situs katalitik subunit enzim lain dari kompleks yang dikenal sebagai -ketoacyl-ACP-synthase. Dengan demikian, kompleks enzim “disiapkan” untuk memulai sintesis.
Langkah 2: Transfer unit malonil-KoA
Malonil-KoA yang dihasilkan oleh asetil-KoA karboksilase ditransfer ke gugus tiol di ACP dan selama reaksi ini bagian CoA hilang. Reaksi dikatalisis oleh subunit malonil-ACP-transferase dari kompleks asam lemak sintase, yang kemudian menghasilkan malonil-ACP.
Selama proses ini, gugus malonil dihubungkan dengan ACP dan -ketoasil-ACP-sintase masing-masing melalui ester dan ikatan sulfhidril lainnya.
Langkah 3: Kondensasi
Enzim -ketoacyl-ACP-synthase mengkatalisis transfer gugus asetil yang melekat padanya dalam langkah “priming” ke 2-karbon dari gugus malonil yang, pada langkah sebelumnya, dipindahkan ke ACP.
Selama reaksi ini, molekul CO2 dilepaskan dari malonil, yang sesuai dengan CO2 yang disediakan oleh bikarbonat dalam reaksi karboksilasi asetil-KoA karboksilase. Acetoacetyl-ACP kemudian diproduksi.
Langkah 4: Pengurangan
Subunit -ketoacyl-ACP-reductase mengkatalisis reduksi asetoasetil-ACP yang bergantung pada NADPH, sehingga membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP.
Langkah 5: dehidrasi
Pada langkah ini, trans-α, -acyl-ACP atau 2-unsaturated-acyl-ACP (kratonil-ACP) terbentuk, produk dari dehidrasi D-β-hydroxybutyryl-ACP oleh aksi enoyl- subunit ACP-hidratase.
Kemudian, kratonil-ACP direduksi menjadi butiril-ACP oleh reaksi yang bergantung pada NADPH yang dikatalisis oleh subunit enoil-ACP-reduktase. Reaksi ini melengkapi yang pertama dari tujuh siklus yang diperlukan untuk menghasilkan palmitoil-ACP, yang merupakan prekursor untuk hampir semua asam lemak.
Bagaimana reaksi kondensasi selanjutnya berlangsung?
Gugus butiril ditransfer dari ACP ke gugus tiol dari residu sistein dalam -ketoasil-ACP-sintase, di mana ACP mampu menerima gugus malonil lain dari malonil-KoA.
Dengan cara ini, reaksi yang terjadi adalah kondensasi malonil-ACP dengan buturil-β-ketoasil-ACP-sintase, yang menimbulkan -ketoheksanoil-ACP + CO2.
Palmitoil-ACP yang muncul dari langkah selanjutnya (setelah penambahan 5 unit malonil lagi) dapat dilepaskan sebagai asam palmitat bebas berkat aktivitas enzim tioesterase, dapat ditransfer ke CoA atau dimasukkan ke dalam asam fosfatidat untuk fosfolipid dan jalur sintesis triasilgliserida.
Struktur asam palmitat (Sumber: Andel, melalui Wikimedia Commons)
Sintase asam lemak dari sebagian besar organisme berhenti dalam sintesis palmitoil-ACP, karena situs katalitik dari subunit -ketoasil-ACP-sintase memiliki konfigurasi di mana hanya asam lemak dengan panjang tersebut yang dapat diakomodasi.
Bagaimana asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil terbentuk?
Ini relatif umum pada organisme laut dan juga disintesis oleh kompleks sintase asam lemak. Namun, reaksi “priming” terjadi dengan molekul yang lebih panjang, propionil-ACP, dengan tiga atom karbon.
Di mana dan bagaimana asam lemak rantai panjang terbentuk?
Asam palmitat, seperti yang dibahas, berfungsi sebagai prekursor untuk banyak asam lemak jenuh dan tak jenuh rantai yang lebih panjang. Proses “pemanjangan” asam lemak terjadi di mitokondria, sedangkan pengenalan ketidakjenuhan pada dasarnya terjadi di retikulum endoplasma.
Banyak organisme mengubah asam lemak jenuh menjadi tak jenuh sebagai adaptasi terhadap suhu lingkungan yang rendah, karena ini memungkinkan mereka untuk menjaga titik leleh lipid di bawah suhu kamar.
Sifat Asam Lemak
Banyak sifat asam lemak bergantung pada panjang rantainya dan keberadaan serta jumlah ketidakjenuhannya:
– Asam lemak tak jenuh memiliki titik leleh yang lebih rendah daripada asam lemak jenuh dengan panjang yang sama.
– Panjang asam lemak (jumlah atom karbon) berbanding terbalik dengan fluiditas atau fleksibilitas molekul, yaitu molekul “lebih pendek” lebih cair dan sebaliknya.
Secara umum, zat lemak cair terdiri dari asam lemak rantai pendek dengan adanya ketidakjenuhan.
Tumbuhan memiliki jumlah asam lemak tak jenuh yang melimpah, serta hewan yang hidup pada suhu yang sangat rendah, karena ini, sebagai komponen lipid yang ada dalam membran sel, memberi mereka fluiditas yang lebih besar dalam kondisi ini.
Dalam kondisi fisiologis, adanya ikatan rangkap dalam rantai hidrokarbon asam lemak menyebabkan kelengkungan sekitar 30 °, yang menyebabkan molekul-molekul ini menempati ruang yang lebih besar dan mengurangi kekuatan interaksi van der Waals mereka.
Adanya ikatan rangkap dalam asam lemak yang diasosiasikan dengan molekul lipid memiliki efek langsung pada tingkat “pengemasan” yang mungkin dimiliki ikatan rangkap dalam membran tempat mereka berada dan dengan demikian juga memiliki efek pada protein membran.
Contoh pembentukan misel asam lemak dengan gugus karboksilat yang terpapar pada media berair (Sumber: Benutzer: Anderl [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] melalui Wikimedia Commons)
Kelarutan asam lemak menurun dengan bertambahnya panjang rantai, sehingga berbanding terbalik. Dalam campuran air dan lipid, asam lemak berasosiasi dalam struktur yang dikenal sebagai misel.
Misel adalah struktur di mana rantai alifatik asam lemak “tertutup”, sehingga “mengusir” semua molekul air dan pada permukaannya ditemukan gugus karboksil.
Tata nama
Tata nama asam lemak bisa agak rumit, terutama jika mengacu pada nama umum yang mereka terima, yang sering dikaitkan dengan beberapa sifat fisikokimia, dengan tempat di mana mereka ditemukan atau karakteristik lainnya.
Banyak penulis menganggap bahwa berkat gugus karboksil terminal, molekul-molekul ini terionisasi pada pH fisiologis, orang harus menyebutnya sebagai “karboksilat” menggunakan terminasi ” ato” untuk ini .
Menurut sistem IUPAC, pencacahan atom karbon asam lemak dibuat dari gugus karboksil di ujung kutub molekul dan dua atom karbon pertama yang terikat pada gugus ini masing-masing disebut dan . . Metil terminal rantai mengandung atom karbon .
Secara umum, dalam penamaan sistematis mereka diberi nama hidrokarbon “induk” (hidrokarbon dengan jumlah atom karbon yang sama) dan diakhiri dengan ” o ” diganti dengan “oico” , jika itu adalah asam lemak tak jenuh, akhiran “enoic” ditambahkan .
Pertimbangkan, misalnya, kasus asam lemak C18 (C18):
– Karena hidrokarbon dengan jumlah atom karbon yang sama dikenal sebagai oktadekana, asam jenuhnya disebut ” asam oktadekanoat ” atau ” oktadekanoat ” dan nama umumnya adalah asam stearat.
– Jika memiliki ikatan rangkap antara sepasang atom karbon dalam strukturnya, itu dikenal sebagai ” asam octadecenoic “
– Jika memiliki dua ikatan rangkap c – c, maka disebut “asam oktadekadienoat” dan jika memiliki tiga ” asam oktadekatrienoat “.
Jika Anda ingin meringkas nomenklatur, maka 18: 0 digunakan untuk asam lemak 18-karbon dan tidak ada ikatan rangkap (jenuh) dan, tergantung pada tingkat ketidakjenuhan, maka alih-alih nol, 18: 1 ditulis untuk sebuah molekul dengan ketidakjenuhan, 18:2 untuk satu dengan dua ketidakjenuhan, dan seterusnya.
Jika Anda ingin menentukan antara atom karbon mana yang merupakan ikatan rangkap dalam asam lemak tak jenuh, simbol digunakan dengan superskrip numerik yang menunjukkan tempat ketidakjenuhan dan awalan “cis ” atau “trans” , tergantung pada konfigurasi ini .
Referensi
- Badui, S. (2006). Kimia makanan . (E. Quintanar, Ed.) (Edisi ke-4). Meksiko DF: Pendidikan Pearson.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biokimia (edisi ke-4). Boston, AS: Brooks / Cole. CENGAGE Belajar.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Fransisco, California: Pearson.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Harper’s Illustrated (edisi ke-28). McGraw-Hill Medis.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5).
- Rawn, JD (1998). Biokimia . Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
- Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Asam lemak sebagai Biocompounds: Perannya dalam Metabolisme Manusia, Kesehatan dan Penyakit- Tinjauan. Bagian 1: Klasifikasi, Sumber Makanan dan Fungsi Biologis. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Republik Ceko , 155 (2), 117-130.
