OKSIDASI BETA ASAM LEMAK: LANGKAH, REAKSI, PRODUK, REGULASI - BIOLOGI - 2025

The oksidasi beta dari asam lemak adalah rute dari katabolisme (degradasi) dari asam lemak, yang fungsi utamanya adalah produksi atau "release" dari energi yang terkandung dalam ikatan molekul-molekul ini.

Rute ini ditemukan pada tahun 1904 berkat percobaan yang dilakukan oleh Franz Knoop Jerman, yang terdiri dari pemberian asam lemak pada tikus percobaan yang gugus metil akhirnya telah dimodifikasi dengan gugus fenil.

Diagram oksidasi beta asam lemak (Sumber: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop mengharapkan produk katabolisme dari asam lemak "analog" ini mengikuti jalur yang mirip dengan jalur oksidasi asam lemak normal (alami yang tidak dimodifikasi). Namun, ia menemukan bahwa terdapat perbedaan produk yang diperoleh sebagai fungsi dari jumlah atom karbon dari asam lemak.

Dengan hasil ini, Knoop mengusulkan bahwa degradasi terjadi dalam "langkah", dimulai dengan "serangan" pada karbon β (satu di posisi 3 sehubungan dengan gugus karboksil terminal), melepaskan fragmen dua atom karbon.

Kemudian ditunjukkan bahwa proses tersebut membutuhkan energi dalam bentuk ATP, yang diproduksi di mitokondria dan fragmen dua atom karbon memasuki siklus Krebs sebagai asetil-KoA.

Singkatnya, oksidasi beta asam lemak melibatkan aktivasi gugus karboksil terminal, pengangkutan asam lemak teraktivasi ke dalam matriks mitokondria, dan oksidasi "bertahap" karbon dua-dua dari gugus karboksil.

Seperti banyak proses anabolik dan katabolik, rute ini diatur, karena menguntungkan mobilisasi asam lemak "cadangan" ketika rute katabolik lainnya tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan energi seluler dan tubuh.

Langkah dan reaksi

Asam lemak sebagian besar berada di dalam sitosol, baik yang berasal dari jalur biosintetik atau dari timbunan lemak yang disimpan dari makanan yang dicerna (yang harus masuk ke dalam sel).

- Aktivasi asam lemak dan transpor ke mitokondria

Aktivasi asam lemak membutuhkan penggunaan molekul ATP dan berkaitan dengan pembentukan konjugat asil tioester dengan koenzim A.

Aktivasi ini dikatalisasi oleh sekelompok enzim yang disebut ligase asetil-KoA yang spesifik untuk panjang rantai masing-masing asam lemak. Beberapa dari enzim ini mengaktifkan asam lemak saat mereka diangkut ke dalam matriks mitokondria, karena mereka tertanam di membran luar mitokondria.

Aktivasi asam lemak (Sumber: Jag123 di Wikipedia bahasa Inggris via Wikimedia Commons)

Proses aktivasi terjadi dalam dua langkah, pertama menghasilkan asil adenilat dari asam lemak yang diaktifkan dengan ATP, di mana molekul pirofosfat (PPi) dilepaskan. Gugus karboksil yang diaktivasi ATP kemudian diserang oleh gugus tiol dari koenzim A membentuk asil-KoA.

Translokasi asil-KoA melalui membran mitokondria dicapai dengan sistem transpor yang dikenal sebagai shuttle karnitin.

- Oksidasi beta asam lemak jenuh dengan jumlah atom karbon genap

Degradasi asam lemak merupakan jalur siklus, karena pelepasan setiap fragmen dua atom karbon segera diikuti oleh yang lain, hingga mencapai panjang penuh molekul. Reaksi yang berperan dalam proses ini adalah sebagai berikut:

- Dehidrogenasi.

- Hidrasi ikatan rangkap.

- Dehidrogenasi gugus hidroksil.

- Fragmentasi dengan serangan molekul asetil-KoA pada karbon β.

Reaksi 1: dehidrogenasi pertama

Ini terdiri dari pembentukan ikatan rangkap antara α-karbon dan β-karbon dengan menghilangkan dua atom hidrogen. Ini dikatalisis oleh enzim asil-CoA dehidrogenase, yang membentuk molekul trans∆2-enoyl-S-CoA dan molekul FAD + (kofaktor).

Reaksi 2 dan 3: hidrasi dan dehidrogenasi

Hidrasi dikatalisis oleh enoyl-CoA hydratase, sedangkan dehidrogenasi dimediasi oleh 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, dan reaksi terakhir bergantung pada kofaktor NAD +.

Hidrasi trans∆2-enoyl-S-CoA menghasilkan 3-hidroksiasil-KoA, yang dehidrogenasinya menghasilkan molekul 3-ketoasil-KoA dan NADH + H.

FADH2 dan NADH yang dihasilkan dalam tiga reaksi pertama oksidasi beta dioksidasi kembali melalui rantai transpor elektron, berkat itu mereka berpartisipasi dalam produksi ATP, 2 molekul untuk setiap FADH2 dan 3 molekul untuk setiap NADH.

Reaksi 4: fragmentasi

Setiap siklus oksidasi beta yang menghilangkan molekul dengan dua atom karbon berakhir dengan pembelahan “tiolitik” dari karbon keto, yang diserang oleh koenzim A pada ikatan antara karbon α dan β.

Reaksi ini dikatalisis oleh enzim β-ketothiolase atau tiolase, dan produknya adalah satu molekul asil-KoA (asam lemak aktif dengan dua atom karbon lebih sedikit) dan satu molekul asetil-KoA.

- Oksidasi beta asam lemak jenuh dengan jumlah atom karbon ganjil

Pada asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil (yang jumlahnya tidak terlalu melimpah), molekul siklus degradasi terakhir memiliki 5 atom karbon, sehingga fragmentasinya menghasilkan molekul asetil-KoA (yang memasuki siklus Krebs) dan propionil-CoA lainnya.

Propionil-KoA harus dikarboksilasi (reaksi bergantung pada ATP dan bikarbonat) oleh enzim propionil-KoA karboksilase, sehingga membentuk senyawa yang dikenal sebagai D-metilmalonil-KoA, yang harus diepimerisasi menjadi bentuk "L".

Oksidasi beta asam lemak ganjil (Sumber: Eleska via Wikimedia Commons)

Senyawa yang dihasilkan dari epimerisasi kemudian diubah menjadi suksinil-KoA melalui aksi mutase enzim L-metilmalonil-KoA, dan molekul ini, serta asetil-KoA, memasuki siklus asam sitrat.

- Oksidasi beta dari asam lemak tak jenuh

Banyak lipid seluler memiliki rantai asam lemak tak jenuh, yaitu memiliki satu atau lebih ikatan rangkap antara atom karbonnya.

Oksidasi asam lemak ini sedikit berbeda dengan asam lemak jenuh, karena dua enzim tambahan, enoyl-CoA isomerase dan 2,4-dienoyl-CoA reduktase, bertugas menghilangkan ketidakjenuhan tersebut sehingga asam lemak ini mungkin merupakan substrat untuk enzim enoyl-CoA hydratase.

Oksidasi beta dari asam lemak tak jenuh (Sumber: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

Enoyl-CoA isomerase bekerja pada asam lemak tak jenuh tunggal (dengan hanya satu ketidakjenuhan), sedangkan enzim 2,4-dienoyl-CoA reduktase bereaksi dengan asam lemak tak jenuh ganda (dengan dua atau lebih ketidakjenuhan).

- Oksidasi ekstramitokondria beta

Oksidasi beta asam lemak juga dapat terjadi di dalam organel sitosol lain seperti peroksisom, misalnya, dengan perbedaan bahwa elektron yang ditransfer ke FAD + tidak dikirim ke rantai pernapasan, tetapi langsung ke oksigen.

Reaksi ini menghasilkan hidrogen peroksida (oksigen direduksi), senyawa yang dihilangkan oleh enzim katalase, khusus untuk organel ini.

Produk oksidasi beta

Oksidasi asam lemak menghasilkan lebih banyak energi daripada pemecahan karbohidrat. Produk utama oksidasi beta adalah asetil-KoA yang diproduksi di setiap langkah bagian siklik dari jalur, namun produk lainnya adalah:

- AMP, H + dan pirofosfat (PPi), diproduksi selama aktivasi.

- FADH2 dan NADH, untuk setiap asetil-KoA yang diproduksi.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, untuk asam lemak rantai ganjil.

Oksidasi beta dari asam palmitat (Sumber: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Jika kita pertimbangkan sebagai contoh oksidasi beta lengkap dari asam palmitat (palmitat), asam lemak dengan 16 atom karbon, jumlah energi yang dihasilkan setara dengan kurang lebih 129 molekul ATP, yang berasal dari 7 putaran yang harus diselesaikannya. siklus.

Peraturan

Pengaturan oksidasi beta asam lemak di sebagian besar sel bergantung pada ketersediaan energi, tidak hanya terkait dengan karbohidrat tetapi juga asam lemak itu sendiri.

Hewan mengontrol mobilisasi dan, oleh karena itu, memecah lemak melalui rangsangan hormonal, yang pada saat bersamaan dikendalikan oleh molekul seperti cAMP, misalnya.

Di hati, organ pengurai lemak utama, konsentrasi malonil-KoA sangat penting untuk regulasi oksidasi beta; ini adalah substrat pertama yang terlibat dalam jalur biosintesis asam lemak.

Ketika malonyl-CoA terakumulasi dalam jumlah besar, ia mendorong biosintesis asam lemak dan menghambat pengangkut mitokondria atau pengangkutan asil-karnitin. Ketika konsentrasinya menurun, penghambatan berhenti dan oksidasi beta diaktifkan.

Referensi

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
3. Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
4. Schulz, H. (1991). Oksidasi beta asam lemak. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Peraturan Oksidasi Asam Lemak di Jantung. Review Kritis, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oksidasi asam lemak tak jenuh: jalur yang direvisi. TIBS, 403-406.