ASAM LEMAK: STRUKTUR, JENIS, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The 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 dengan panjang rantai hidrokarbonnya dan keberadaan, jumlah, posisi dan / atau konfigurasi ikatan rangkapnya.

Skema umum asam lemak jenuh (Sumber: Laghi.l via 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 spesifik spesies dan jaringan pada sebagian besar makhluk hidup.

Minyak dan lemak yang dikonsumsi manusia setiap hari, baik yang berasal dari hewani atau nabati, sebagian besar terdiri dari asam lemak.

pengantar

Mentega, antara lain, pada dasarnya terdiri dari asam lemak (Sumber: Africa Studio, via pixabay.com)

Molekul asam lemak menjalankan 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 di dalam sel sitosol, sehingga umumnya ditemukan sebagai bagian dari konjugat molekuler lain seperti:

- Lipid, di 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.

- Zat serupa lainnya.

Pada hewan, asam lemak disimpan dalam sitoplasma sel sebagai tetesan lemak kecil yang terdiri dari kompleks yang disebut triasilgliserol, yang tidak lebih dari molekul gliserol yang terikat, di setiap atomnya. karbon, rantai asam lemak dengan keterkaitan ester.

Sementara bakteri memiliki asam lemak pendek dan biasanya asam lemak tak jenuh tunggal, 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 amphipathic, yaitu, mereka memiliki dua daerah yang didefinisikan secara kimiawi: daerah kutub hidrofilik dan daerah apolar hidrofobik.

Daerah hidrofobik terdiri dari rantai hidrokarbon panjang yang, secara kimiawi, tidak terlalu reaktif. Daerah hidrofilik, di sisi lain, terdiri dari gugus karboksil terminal (-COOH), yang berperilaku seperti asam.

Gugus karboksil terminal atau asam karboksilat terionisasi dalam larutan, sangat reaktif (berbicara secara kimiawi) 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 dimana mereka diproduksi, karena pertumbuhannya terjadi pada 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 sesuai dengan sifat ikatan yang menyusunnya, yaitu menurut adanya ikatan tunggal atau ikatan rangkap antar 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 ketidakjenuhan (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 leburnya berbanding lurus dengan panjang rantai, yaitu berat molekulnya.

Asam lemak yang memiliki antara 4 dan 8 karbon berbentuk cair pada suhu 25 ° C dan merupakan penyusun minyak nabati, sedangkan yang memiliki lebih dari 10 atom karbon berbentuk padat.

Di antara yang paling umum adalah asam laurat, yang berlimpah di inti sawit dan minyak 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 yang jauh lebih baik daripada asam lemak tak jenuh, terutama melawan oksidasi, setidaknya dalam kondisi fisiologis.

Karena ikatan tunggal karbon-karbon dapat berputar bebas, asam lemak jenuh adalah molekul yang sangat fleksibel, walaupun halangan sterik membuat struktur yang diperpanjang sepenuhnya menjadi paling stabil secara energetik.

Asam lemak tak jenuh

Asam lemak ini sangat reaktif dan rentan terhadap saturasi dan oksidasi. Mereka umum ditemukan 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 tak jenuh ganda atau tak jenuh ganda.

Adanya ikatan rangkap biasa terjadi antara atom karbon antara posisi 9 dan 10, tetapi ini tidak berarti bahwa asam lemak tak jenuh tunggal dengan ketidakjenuhan pada posisi lain tidak ditemukan.

Tidak seperti asam lemak jenuh, asam lemak tak jenuh didaftarkan bukan dari kelompok karboksil terminal, tetapi menurut posisi ikatan rangkap C - C pertama, sehingga terbagi menjadi dua kelompok, asam omega-6 atau ω6. dan omega-3 atau ω3.

Asam omega-6 memiliki ikatan rangkap pertama pada karbon nomor 6 dan asam omega-3 memiliki ikatan rangkap pada nomor karbon 3. Nama ω diberikan oleh ikatan rangkap yang paling dekat dengan gugus metil akhir.

Ikatan rangkap juga dapat ditemukan dalam dua konfigurasi geometris 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 dalam "trans".

Dalam asam lemak tak jenuh ganda, dua ikatan rangkap biasanya dipisahkan satu sama lain oleh setidaknya satu gugus metil, yaitu 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 esensial mereka adalah sebagai bagian penting dari lipid, yang merupakan komponen utama membran biologis dan salah satu dari tiga biomolekul paling melimpah dalam organisme. hidup bersama dengan protein dan karbohidrat.

Mereka juga merupakan substrat energi yang sangat baik berkat sejumlah besar energi yang diperoleh dalam bentuk ATP dan metabolit perantara 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 natrium, klorida, dan ion bikarbonat; Selain itu, mereka memiliki fungsi dalam produksi lendir, proliferasi kolonosit (sel usus besar), dll.

Asam lemak tak jenuh sangat melimpah 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)

Yang lain berpartisipasi sebagai ligan dari beberapa protein dengan aktivitas enzimatik, jadi mereka penting sehubungan dengan pengaruhnya terhadap metabolisme energi sel tempat mereka ditemukan.

Biosintesis

Degradasi asam lemak dikenal sebagai β-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 di semua organisme hidup dan pada hewan "lebih tinggi" seperti mamalia. Misalnya, sangat penting di jaringan hati dan lemak, serta di kelenjar susu.

NADPH yang digunakan untuk rute ini adalah produk, terutama, 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, Siklus Krebs dan β-oksidasi asam lemak.

Jalur biosintesis, seperti halnya oksidasi β, sangat diatur dalam semua sel oleh efektor alosterik dan modifikasi kovalen enzim yang berpartisipasi dalam regulasi.

Sintesis -Malonyl-coA

Jalurnya 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:

1. Pertama, transfer tergantung ATP dari karboksil turunan bikarbonat (HCO3-) ke molekul biotin terjadi sebagai gugus prostetik (non-protein) yang terkait dengan karboksilase asetil-KoA.
2. 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 sekuensial 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 karboksilase asetil-KoA, suatu proses di mana satu molekul CO2 dilepaskan untuk setiap malonil-KoA yang itu menambahkan.

Asam lemak yang tumbuh diesterifikasi menjadi protein yang disebut "protein pembawa asil" atau ACP, yang membentuk tioester dengan gugus asil. Dalam E. coli protein ini adalah polipeptida 10 kDa, tetapi pada hewan ia merupakan bagian dari kompleks sintase asam lemak.

Putusnya ikatan thioester ini melepaskan sejumlah besar energi, yang memungkinkan, secara termodinamika, terjadinya langkah-langkah kondensasi di jalur biosintesis.

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 enam aktivitas enzim yang berbeda terkait.

Kompleks sintase asam lemak homodimerik dan multifungsi dari hewan (Sumber: Boehringer Ingelheim via Wikimedia Commons)

Sebaliknya, pada mamalia, sintase asam lemak adalah kompleks enzim homodimerik multifungsi dengan berat molekul sekitar 500 kDa, yang memiliki enam aktivitas katalitik berbeda dan yang berasosiasi dengan protein pembawa asil.

Langkah 1: reaksi priming

Gugus tiol dalam residu sistein yang bertanggung jawab untuk pengikatan zat antara metabolik dengan enzim ACP harus diisi, sebelum dimulainya sintesis, dengan gugus asil yang diperlukan.

Untuk melakukan ini, gugus asetil asetil-koA dipindahkan ke gugus tiol (-SH) dari salah satu residu sistein dari subunit ACP dari sintase asam lemak. Reaksi ini dikatalisis oleh subunit ACP-asil-transferase.

Gugus asetil kemudian dipindahkan dari ACP ke residu sistein lain di situs katalitik subunit enzim lain dari kompleks yang dikenal sebagai β-ketoasil-ACP-sintase. Jadi, kompleks enzim "siap" untuk memulai sintesis.

Langkah 2: Transfer unit malonyl-CoA

Malonil-KoA yang diproduksi oleh asetil-KoA karboksilase dipindahkan ke gugus tiol dalam ACP dan selama reaksi ini porsi CoA hilang. Reaksi tersebut dikatalisasi oleh subunit malonil-ACP-transferase dari kompleks sintase asam lemak, yang kemudian menghasilkan malonil-ACP.

Selama proses ini, gugus malonil dihubungkan dengan ACP dan β-ketoasil-ACP-sintase melalui ikatan ester dan sulfhidril lainnya.

Langkah 3: Kondensasi

Enzim β-ketoasil-ACP-sintase mengkatalisis transfer gugus asetil yang terikat padanya pada tahap "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. Asetoasetil-ACP kemudian diproduksi.

Langkah 4: Reduksi

Subunit β-ketoasil-ACP-reduktase mengkatalisis reduksi yang bergantung pada NADPH dari asetoasetil-ACP, sehingga membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP.

Langkah 5: dehidrasi

Dalam langkah ini, trans-α, β-asil-ACP atau ∆2-unsaturated-acyl-ACP (cratonyl-ACP) terbentuk, produk dehidrasi D-β-hydroxybutyryl-ACP oleh aksi subunit enoyl. ACP-hidratase.

Kemudian, kratonil-ACP direduksi menjadi butiril-ACP dengan reaksi bergantung NADPH yang dikatalisis oleh subunit enoyl-ACP-reduktase. Reaksi ini menyelesaikan tujuh siklus pertama yang diperlukan untuk menghasilkan palmitoyl-ACP, yang merupakan prekursor dari hampir semua asam lemak.

Bagaimana reaksi kondensasi selanjutnya berlangsung?

Gugus butiril dipindahkan dari ACP ke gugus tiol residu sistein dalam β-ketoasil-ACP-sintase, dimana ACP dapat menerima gugus malonil lain dari malonil-KoA.

Dengan cara ini, reaksi yang terjadi adalah kondensasi malonil-ACP dengan buturyl-β-ketoacyl-ACP-synthase, yang menimbulkan β-ketohexanoyl-ACP + CO2.

Palmitoyl-ACP yang muncul dari langkah-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 jalur sintesis fosfolipid dan triasilgliserida.

Struktur asam palmitat (Sumber: Andel, via Wikimedia Commons)

Sintase asam lemak dari kebanyakan organisme berhenti pada sintesis palmitoyl-ACP, karena situs katalitik subunit β-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 telah dibahas, berfungsi sebagai prekursor untuk banyak asam lemak tak jenuh dan tak jenuh rantai yang lebih panjang. Proses "pemanjangan" asam lemak terjadi di mitokondria, sedangkan introduksi ketidakjenuhan terjadi pada dasarnya di retikulum endoplasma.

Banyak organisme mengubah asam lemak jenuh menjadi asam lemak tak jenuh sebagai adaptasi terhadap suhu lingkungan yang rendah, karena hal ini memungkinkan mereka untuk menjaga titik leleh lipid di bawah suhu kamar.

Sifat asam lemak

Banyak sifat asam lemak bergantung pada panjang rantai dan keberadaan serta jumlah ketidakjenuhan:

- Asam lemak tak jenuh memiliki titik leleh yang lebih rendah dibandingkan asam lemak tak jenuh dengan panjang yang sama.

- Panjang asam lemak (jumlah atom karbon) berbanding terbalik dengan fluiditas atau fleksibilitas molekul, yaitu molekul yang "lebih pendek" lebih cair dan sebaliknya.

Secara umum zat lemak fluida tersusun dari asam lemak rantai pendek dengan adanya zat tak jenuh.

Tumbuhan memiliki asam lemak tak jenuh dalam jumlah 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 menurunkan kekuatan interaksi van der Waalsnya.

Adanya ikatan rangkap dalam asam lemak yang diasosiasikan dengan molekul lipid memiliki efek langsung pada tingkat "pengemasan" yang mungkin dimilikinya dalam membran tempat mereka berada dan dengan demikian juga memiliki efek pada protein membran.

Contoh pembentukan misel asam lemak dengan gugus karboksilat terpapar ke media air (Sumber: Benutzer: Anderl via Wikimedia Commons)

Kelarutan asam lemak menurun dengan bertambahnya panjang rantai, sehingga berbanding terbalik. Dalam campuran air dan lipid, asam lemak berasosiasi dalam struktur yang disebut misel.

Misel adalah struktur di mana rantai alifatik asam lemak "tertutup", sehingga "mengeluarkan" semua molekul air dan di permukaannya ditemukan gugus karboksil.

Tata nama

Tata nama asam lemak bisa agak rumit, terutama jika mengacu pada nama umum yang diterima, yang sering dikaitkan dengan beberapa sifat fisikokimia, dengan tempat ditemukan atau karakteristik lainnya.

Banyak penulis menganggap bahwa karena molekul-molekul ini terionisasi pada pH fisiologis berkat gugus karboksil terminal, seseorang harus merujuknya sebagai "karboksilat" menggunakan terminasi "ato" untuk ini.

Menurut sistem IUPAC, penghitungan atom karbon dari asam lemak dibuat dari gugus karboksil di ujung kutub molekul dan dua atom karbon pertama yang terikat pada gugus ini masing-masing disebut α dan β. . Metil terminal dari rantai mengandung atom karbon ω.

Secara umum, dalam nomenklatur sistematis diberi nama hidrokarbon “induk” (hidrokarbon dengan jumlah atom karbon yang sama) dan akhirannya “o” diganti dengan “oico”, jika merupakan asam lemak tak jenuh, akhiran "enoic" ditambahkan.

Perhatikan, misalnya, kasus asam lemak C18 (C18):

- Karena hidrokarbon dengan jumlah atom karbon yang sama dikenal sebagai oktadekan, asam jenuhnya disebut "asam oktadekanoat" atau "oktadekanoat" dan nama umumnya adalah asam stearat.

- Jika memiliki ikatan rangkap antara sepasang atom karbon dalam strukturnya, ia dikenal sebagai "asam oktadekenoat"

- Jika memiliki dua ikatan rangkap c - c, maka disebut "asam oktadekadienoat" dan jika memiliki tiga "asam oktadekatrienoat".

Jika Anda ingin meringkas nomenklaturnya, maka 18: 0 digunakan untuk asam lemak 18-karbon dan tidak ada ikatan rangkap (jenuh) dan, tergantung pada tingkat ketidakjenuhannya, maka alih-alih nol, 18: 1 ditulis untuk molekul dengan a unsaturation, 18: 2 untuk satu dengan dua unsaturation dan seterusnya.

Jika Anda ingin menentukan atom karbon mana yang merupakan ikatan rangkap dalam asam lemak tak jenuh, simbol ∆ digunakan dengan superskrip numerik yang menunjukkan tempat tak jenuh dan awalan "cis" atau "trans", bergantung pada konfigurasi ini.

Referensi

1. Badui, S. (2006). Kimia makanan. (E. Quintanar, Ed.) (Edisi ke-4th). Mexico DF: Pearson Education.
2. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochemistry (edisi ke-4th). Boston, AS: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (edisi ke-28). McGraw-Hill Medical.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
6. Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
7. Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Asam lemak sebagai Biocompounds: Peran mereka dalam Metabolisme Manusia, Kesehatan dan Penyakit- Review. Bagian 1: Klasifikasi, Sumber Makanan dan Fungsi Biologis. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Repub Ceko, 155 (2), 117–130.