sintesis asam lemak adalah proses dimana komponen fundamental yang paling lipid penting dalam sel (asam lemak) diproduksi, yang berpartisipasi dalam berbagai fungsi seluler sangat penting.
Asam lemak adalah molekul alifatik, yaitu, mereka pada dasarnya terdiri dari atom karbon dan hidrogen yang terikat satu sama lain dengan cara yang kurang lebih linier. Mereka memiliki gugus metil di satu ujung dan gugus karboksilat asam di ujung lainnya, yang disebut “asam lemak”.
Ringkasan sintesis asam lemak (Sumber: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)
Lipid adalah molekul yang digunakan oleh sistem biosintetik seluler yang berbeda untuk pembentukan molekul lain yang lebih kompleks seperti:
- fosfolipid membran
- trigliserida untuk penyimpanan energi dan
- jangkar dari beberapa molekul khusus yang ditemukan di permukaan banyak jenis sel (eukariotik dan prokariotik)
Senyawa ini dapat eksis sebagai molekul linier (dengan semua atom karbon jenuh dengan molekul hidrogen), tetapi senyawa dengan rantai lurus dan dengan beberapa kejenuhan juga dapat diamati, yaitu dengan ikatan rangkap antara atom karbonnya.
Asam lemak jenuh juga dapat ditemukan dengan rantai bercabang, yang strukturnya sedikit lebih kompleks.
Karakteristik molekul asam lemak sangat penting untuk fungsinya, karena banyak sifat fisikokimia molekul yang dibentuk olehnya bergantung pada asam lemak, terutama titik lelehnya, tingkat pengemasannya, dan kemampuannya untuk membentuk lapisan ganda.
Dengan demikian, sintesis asam lemak adalah hal yang sangat diatur, karena merupakan serangkaian peristiwa berurutan penting untuk sel dari banyak sudut pandang.
Indeks artikel
Di mana sintesis asam lemak terjadi?
Pada sebagian besar organisme hidup, sintesis asam lemak terjadi di kompartemen sitosol, sedangkan degradasinya terjadi terutama antara sitosol dan mitokondria.
Prosesnya tergantung pada energi yang terkandung dalam ikatan ATP, daya pereduksi NADPH (biasanya berasal dari jalur pentosa fosfat), kofaktor biotin, ion bikarbonat (HCO3-) dan ion mangan.
Pada hewan mamalia, organ utama untuk sintesis asam lemak adalah hati, ginjal , otak, paru-paru, kelenjar susu dan jaringan adiposa.
Substrat langsung untuk sintesis asam lemak de novo adalah asetil-KoA dan produk akhirnya adalah molekul palmitat.
Asetil-KoA berasal langsung dari pemrosesan zat antara glikolitik, itulah sebabnya diet tinggi karbohidrat mendorong sintesis lipid (lipogenesis), juga asam lemak.
Enzim yang terlibat
Asetil-KoA adalah blok sintesis dua karbon yang digunakan untuk pembentukan asam lemak, karena beberapa molekul ini bergabung secara berurutan ke molekul malonil-KoA, yang dibentuk oleh karboksilasi asetil-KoA.
Enzim pertama dalam jalur, dan salah satu yang paling penting dari sudut pandang regulasinya, adalah yang bertanggung jawab atas karboksilasi asetil-KoA, yang dikenal sebagai asetil-KoA karboksilase (ACC), yang merupakan kompleks An senyawa enzimatik yang terdiri dari 4 protein dan menggunakan biotin sebagai kofaktor.
Namun, dan terlepas dari kenyataan bahwa ada perbedaan struktural antara spesies yang berbeda, enzim sintase asam lemak bertanggung jawab atas reaksi biosintetik utama.
Enzim ini, pada kenyataannya, merupakan kompleks enzim yang terdiri dari monomer yang memiliki 7 aktivitas enzimatik yang berbeda, yang diperlukan untuk pemanjangan asam lemak saat “lahir”.
7 aktivitas enzim ini dapat didaftar sebagai berikut:
– ACP : protein pembawa gugus asil
– Asetil-KoA-ACP transasetilase (AT)
– -ketoasil-ACP sintase (KS)
– Malonil-CoA-ACP transferase (MT)
– -ketoasil-ACP reduktase (KR)
– -hidroksiasil-ACP dehidratase (HD)
– Enoil-ACP reduktase (ER)
Dalam beberapa organisme seperti bakteri, misalnya, kompleks sintase asam lemak terdiri dari protein independen yang berasosiasi satu sama lain, tetapi dikodekan oleh gen yang berbeda (sistem sintase asam lemak tipe II).
Enzim sintase asam lemak ragi (Sumber: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Domain publik, melalui Wikimedia Commons)
Namun, pada banyak eukariota dan beberapa bakteri, multienzim mengandung beberapa aktivitas katalitik yang dipisahkan menjadi domain fungsional yang berbeda, dalam satu atau lebih polipeptida, tetapi dapat dikodekan oleh gen yang sama (sistem sintase asam lemak tipe I).
Tahapan dan reaksi
Sebagian besar penelitian yang dilakukan mengenai sintesis asam lemak melibatkan temuan yang dibuat dalam caral bakteri, namun mekanisme sintesis organisme eukariotik juga telah dipelajari secara mendalam.
Penting untuk disebutkan bahwa sistem sintase asam lemak tipe II dicirikan bahwa semua intermediet asil lemak secara kovalen terkait dengan protein asam kecil yang dikenal sebagai protein pengangkut asil (ACP), yang mengangkutnya dari satu enzim ke enzim berikutnya.
Pada eukariota, sebaliknya, aktivitas ACP adalah bagian dari molekul yang sama, diketahui bahwa enzim yang sama memiliki tempat khusus untuk pengikatan zat antara dan pengangkutannya melalui domain katalitik yang berbeda.
Penyatuan antara protein atau bagian ACP dan gugus asil lemak terjadi melalui ikatan tioester antara molekul-molekul ini dan gugus prostetik 4′-phosphopantetheine (asam pantotenat) dari ACP, yang menyatu dengan gugus karboksil dari asil lemak.
- Awalnya, enzim asetil-KoA karboksilase (ACC) bertanggung jawab untuk mengkatalisis langkah pertama “komitmen” dalam sintesis asam lemak yang, seperti disebutkan, melibatkan karboksilasi molekul asetil-KoA untuk membentuk zat antara dari 3 atom karbon. dikenal sebagai malonil-KoA.
Kompleks asam lemak sintase menerima gugus asetil dan malonil, yang harus “mengisi” situs “tiol” dengan benar.
Ini terjadi awalnya dengan transfer asetil-KoA ke gugus SH sistein dalam enzim -ketoasil-ACP sintase, suatu reaksi yang dikatalisis oleh asetil-KoA-ACP transasetilase.
Gugus malonil ditransfer dari malonil-KoA ke gugus SH protein ACP, suatu peristiwa yang dimediasi oleh enzim transferase malonil-KoA-ACP, membentuk malonil-ACP.
- Langkah inisiasi pemanjangan asam lemak saat lahir terdiri dari kondensasi malonil-ACP dengan molekul asetil-KoA, reaksi yang diarahkan oleh enzim dengan aktivitas sintase -ketoasil-ACP. Dalam reaksi ini, asetoasetil-ACP kemudian terbentuk dan molekul CO2 dilepaskan.
- Reaksi pemanjangan terjadi dalam siklus di mana 2 atom karbon ditambahkan pada suatu waktu, di mana setiap siklus terdiri dari kondensasi, reduksi, dehidrasi, dan peristiwa reduksi kedua:
– Kondensasi: gugus asetil dan malonil mengembun membentuk asetoasetil-ACP
– Reduksi gugus karbonil: gugus karbonil dari karbon 3 asetoasetil-ACP direduksi, membentuk D-β-hidroksibutiril-ACP, suatu reaksi yang dikatalisis oleh -ketoasil-ACP-reduktase, yang menggunakan NADPH sebagai donor elektron.
– Dehidrasi: hidrogen antara karbon 2 dan 3 dari molekul sebelumnya dihilangkan, membentuk ikatan rangkap yang berakhir dengan produksi trans -∆2-butenoyl-ACP. Reaksi dikatalisis oleh -hidroksiasil-ACP dehidratase.
– Reduksi ikatan rangkap: ikatan rangkap trans -∆2-butenoyl-ACP direduksi menjadi butiril-ACP oleh aksi enoil-ACP reduktase, yang juga menggunakan NADPH sebagai zat pereduksi.
Untuk melanjutkan pemanjangan, molekul malonil baru harus mengikat lagi bagian ACP dari kompleks sintase asam lemak dan dimulai dengan kondensasi ini dengan gugus butiril yang terbentuk pada siklus sintesis pertama.
Struktur palmitat (Sumber: Edgar181 / Domain publik, melalui Wikimedia Commons)
Pada setiap langkah pemanjangan, molekul malonil-KoA baru digunakan untuk menumbuhkan rantai menjadi 2 atom karbon dan reaksi ini diulang sampai panjang yang tepat (16 atom karbon) tercapai, setelah itu enzim tioesterase melepaskan asam lemak lengkap melalui hidrasi. .
Palmitat dapat diproses lebih lanjut oleh berbagai jenis enzim yang memodifikasi karakteristik kimianya, yaitu, mereka dapat menyebabkan ketidakjenuhan, memperpanjang panjangnya, dll.
Peraturan
Seperti banyak jalur biosintetik atau degradasi, sintesis asam lemak diatur oleh berbagai faktor:
– Itu tergantung pada keberadaan ion bikarbonat (HCO3-), vitamin B (biotin) dan asetil-KoA (selama langkah awal jalur, yang melibatkan karboksilasi molekul asetil-KoA melalui perantara karboksilasi biotin membentuk malonil-KoA).
– Ini adalah rute yang terjadi sebagai respons terhadap karakteristik energi seluler, karena ketika ada “bahan bakar metabolik” dalam jumlah yang cukup, kelebihannya diubah menjadi asam lemak yang disimpan untuk oksidasi berikutnya pada saat defisit energi.
Dalam hal regulasi enzim asetil-KoA karboksilase, yang merupakan langkah pembatas dari seluruh jalur, ia dihambat oleh palmitoil-KoA, produk utama sintesis.
Aktivator alosteriknya, di sisi lain, adalah sitrat, yang mengarahkan metabolisme dari oksidasi ke sintesis untuk disimpan.
Ketika konsentrasi mitokondria asetil-KoA dan ATP meningkat, sitrat diangkut ke sitosol, di mana sitrat merupakan prekursor untuk sintesis sitosolik asetil-KoA dan sinyal aktivasi alosterik untuk asetil-KoA karboksilase.
Enzim ini juga dapat diatur oleh fosforilasi, suatu peristiwa yang dipicu oleh aksi hormonal glukagon dan epinefrin.
Referensi
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Buku pegangan mikrobiologi hidrokarbon dan lipid (hal. 4716). KN Timmis (Red.). Berlin: Pegas.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia Harper yang diilustrasikan. Mcgraw-bukit.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip-prinsip biokimia Lehninger (hlm. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Metabolisme asam lemak dan pengaturannya. lain.
- Rawn, JD (1989). Biokimia — Edisi internasional. Carolina Utara: Penerbit Neil Patterson, 5.
