The lipogenesis adalah jalur metabolik utama dimana lemak asam yang rantai panjang disintesis dari karbohidrat dikonsumsi berlebihan dalam makanan. Asam lemak ini dapat dimasukkan ke dalam trigliserida melalui esterifikasi menjadi molekul gliserol.
Dalam kondisi normal, lipogenesis terjadi di hati dan jaringan adiposa dan dianggap sebagai salah satu kontributor utama pemeliharaan homeostasis trigliserida dalam serum darah.
Struktur sintase asam lemak manusia (FASN) (Sumber: Emw
via
Wikimedia Commons)
Trigliserida adalah reservoir energi utama tubuh dan energi yang terkandung di dalamnya diekstraksi berkat proses yang dikenal sebagai lipolisis, yang bertentangan dengan lipogenesis, terdiri dari pemisahan dan pelepasan molekul gliserol dan asam lemak ke dalam aliran darah.
Gliserol yang dilepaskan berfungsi sebagai substrat untuk jalur glukoneogenik dan asam lemak dapat diangkut ke kompartemen lain yang dikomplekskan dengan albumin serum.
Asam lemak ini diambil oleh hampir semua jaringan kecuali otak dan eritrosit, kemudian diesterifikasi menjadi triasilgliserol lagi untuk dioksidasi sebagai bahan bakar atau disimpan sebagai cadangan energi.
Diet tinggi lemak adalah penyebab utama obesitas, karena kalori berlebih harus disimpan dan jaringan adiposa harus berkembang untuk mengakomodasi kelebihan lemak yang tertelan dan yang disintesis secara endogen.
Fitur dan fungsi
Dalam tubuh manusia, misalnya, asam lemak muncul baik dari proses biosintesis dari asetil-KoA atau sebagai produk dari proses hidrolitik lemak dan membran fosfolipid.
Banyak mamalia tidak dapat mensintesis beberapa asam lemak, yang membuat ini menjadi komponen penting dalam makanan mereka.
Fungsi utama lipogenesis berkaitan dengan penyimpanan energi dalam bentuk lemak (lipid) yang terjadi saat mengonsumsi karbohidrat dalam jumlah yang lebih banyak dari yang dibutuhkan tubuh, bahkan melebihi kapasitas penyimpanan glikogen di hati.
Lipid yang disintesis dengan cara ini disimpan dalam jaringan adiposa putih, tempat penyimpanan lipid utama dalam tubuh.
Lipogenesis terjadi di semua sel tubuh, namun jaringan adiposa dan hati adalah tempat utama sintesis. Jalur ini terjadi di dalam sitoplasma sel, sedangkan oksidasi asam lemak terjadi di kompartemen mitokondria.
Lipogenesis dan sintesis trigliserida selanjutnya diikuti oleh sintesis dan sekresi partikel lipoprotein densitas sangat rendah yang dikenal sebagai partikel VLDL (Very Low Density Lipoprotein), yang mampu memasuki aliran darah.
Partikel VLDL dan trigliserida dapat dihidrolisis di kapiler jaringan ekstra-hati, terutama di otot dan jaringan adiposa untuk pelepasan atau penyimpanan energi.
Reaksi
Aliran atom karbon dari glukosa yang ada dalam karbohidrat ke asam lemak dimodulasi oleh lipogenesis dan mencakup serangkaian reaksi enzimatik yang terkoordinasi dengan sempurna.
1-Jalur glikolitik dalam sitosol sel bertanggung jawab untuk memproses glukosa yang masuk dari aliran darah untuk menghasilkan piruvat, yang diubah menjadi asetil-KoA, yang mampu memasuki siklus Krebs di mitokondria, tempat sitrat diproduksi .
2-Langkah pertama dari jalur lipogenik terdiri dari konversi sitrat yang meninggalkan mitokondria menjadi asetil-KoA dengan tindakan enzim yang dikenal sebagai ATP-sitrat lyase (ACLY).
3-Asetil-KoA yang dihasilkan diarboksilasi untuk membentuk malonil-KoA, reaksi yang dikatalisis oleh asetil-KoA karboksilase (ACACA).
4-Reaksi ketiga adalah reaksi yang memaksakan langkah pembatas dari seluruh rute, yaitu reaksi paling lambat, dan terdiri dari konversi malonil-KoA menjadi palmitat oleh enzim sintase asam lemak (FAS).
5-Reaksi hilir lainnya membantu mengubah palmitat menjadi asam lemak lain yang lebih kompleks, namun, palmitat adalah produk utama lipogenesis de novo.
Sintesis asam lemak
Sintesis asam lemak pada mamalia dimulai dengan kompleks sintase asam lemak (FAS), kompleks multifungsi dan multimerik dalam sitosol yang mensintesis palmitat (asam lemak 16 karbon jenuh). Untuk reaksi ini digunakan, seperti yang telah disebutkan, malonil-KoA sebagai donor karbon dan NADPH sebagai kofaktor.
Subunit homodimer FAS mengkatalisis sintesis dan perpanjangan asam lemak dua atom karbon pada satu waktu. Subunit ini memiliki enam aktivitas enzimatik yang berbeda: asetil transferase, B-ketoasil sintase, malonil transferase, B-ketoasil reduktase, B-hidroksiasil dehidratase, dan enoyl reduktase.
Anggota keluarga yang berbeda dari protein pemanjangan asam lemak rantai sangat panjang (Elovl) bertanggung jawab atas pemanjangan asam lemak yang dihasilkan oleh FAS. Hilir adalah enzim lain yang bertanggung jawab untuk pengenalan ikatan rangkap (desaturasi) dalam rantai asam lemak.
Peraturan
Banyak kondisi patofisiologis yang berkaitan dengan regulasi jalur lipogenik yang rusak, karena penyimpangan di dalamnya mengganggu homeostasis lipid tubuh.
Pola makan yang kaya karbohidrat mengaktifkan lipogenesis hati, tetapi telah dibuktikan bahwa bukan hanya jumlah karbohidrat yang dicerna, tetapi juga jenis karbohidratnya.
Data eksperimen menunjukkan, misalnya, bahwa gula sederhana seperti fruktosa memiliki efek yang jauh lebih kuat dalam mengaktifkan lipogenesis hati daripada karbohidrat kompleks lainnya.
Metabolisme glukolitik glukosa merupakan sumber karbon yang bagus untuk sintesis asam lemak.
Glukosa juga menginduksi ekspresi enzim yang terlibat dalam jalur lipogenik melalui protein yang mengikat elemen respons karbohidrat.
Kadar glukosa dalam darah juga merangsang ekspresi enzim ini dengan merangsang pelepasan insulin dan menghambat pelepasan glukagon di pankreas. Efek ini dikendalikan melalui protein pengikat elemen pengatur sterol 1 (SREBP-1) dalam sel hati dan adiposit.
Jalur pengaturan lainnya banyak berkaitan dengan sistem endokrin dan hormon yang berbeda secara tidak langsung terkait dengan ekspresi banyak enzim lipogenik.
Referensi
- Ameer, F., Scandiuzzi, L., Hasnain, S., Kalbacher, H., & Zaidi, N. (2014). Lipogenesis de novo dalam kesehatan dan penyakit. Metabolisme, 0–7.
- Lodhi, IJ, Wei, X., & Semenkovich, CF (2011). Lipoexpediency: lipogenesis de novo sebagai pemancar sinyal metabolik. Tren dalam Endokrinologi & Metabolisme, 22 (1), 1–8.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
- Samuel, VT (2011). Lipogenesis yang diinduksi fruktosa: dari gula menjadi lemak hingga resistensi insulin. Tren dalam Endokrinologi & Metabolisme, 22 (2), 60-65.
- Scherer, T., Hare, JO, Diggs-andrews, K., Schweiger, M., Cheng, B., Lindtner, C.,… Buettner, C. (2011). Insulin Otak Mengontrol Lipolisis Jaringan Adiposa dan Lipogenesis. Metabolisme Sel, 13 (2), 183–194.
- Schutz, Y. (2004). Lemak makanan, lipogenesis dan keseimbangan energi. Fisiologi & Perilaku, 83, 557–564.
- Strable, MS, & Ntambi, JM (2010). Kontrol genetik lipogenesis de novo: peran dalam obesitas yang diinduksi diet. Ulasan Kritis dalam Biokimia dan Biologi Molekuler, 45 (3), 199–214.
- Zaidi, N., Lupien, L., Kuemmerle, NB, Kinlaw, WB, Swinnen, J.V, & Smans, K. (2013). Lipogenesis dan lipolisis: Jalur yang dieksploitasi oleh sel kanker untuk memperoleh asam lemak Asam Lemak. Kemajuan dalam Penelitian Lipid, 52 (4), 585–589.