SINTESIS LIPID: JENIS DAN MEKANISME UTAMANYA - BIOLOGI - 2025

The sintesis lipid terdiri dari serangkaian reaksi enzimatik dengan cara yang singkat-rantai hidrokarbon berkondensasi untuk membentuk molekul berantai panjang yang kemudian dapat mengalami modifikasi kimia yang berbeda.

Lipid adalah kelas biomolekul yang sangat bervariasi yang disintesis oleh semua sel hidup dan yang terspesialisasi dalam berbagai fungsi penting untuk pemeliharaan kehidupan seluler.

Beberapa contoh lipid yang umum: gliserofosfolipid, sterol, gliserolipid, asam lemak, sfingolipid, dan prenol (Sumber: Pengunggah asli adalah Lmaps di Wikipedia bahasa Inggris. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) via Commons, diadaptasi oleh Raquel Parada)

Lipid adalah komponen utama membran biologis, sebuah fakta yang menjadikannya molekul fundamental bagi keberadaan sel sebagai entitas yang terisolasi dari lingkungannya.

Beberapa lipid juga memiliki fungsi khusus seperti pigmen, kofaktor, transporter, deterjen, hormon, pembawa pesan intra dan ekstraseluler, jangkar kovalen untuk protein membran, dll. Oleh karena itu, kemampuan untuk mensintesis berbagai jenis lipid sangat penting untuk kelangsungan hidup semua organisme hidup.

Kelompok besar senyawa ini secara tradisional diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori atau subkelompok: asam lemak (jenuh dan tidak jenuh), gliserida (fosfogliserida dan gliserida netral), lipid non-gliserida (sphingolipid (sphingomyelins dan glikolipid), steroid dan lilin), dan lipid kompleks (lipoprotein).

Jenis lipid dan mekanisme sintesis utamanya

Semua urutan reaksi dari jalur biosintesis lipid bersifat endergonik dan reduktif. Dengan kata lain, mereka semua menggunakan ATP sebagai sumber energi dan pembawa elektron tereduksi, seperti NADPH, sebagai daya pereduksi.

Selanjutnya, reaksi utama jalur biosintesis dari jenis utama lipid akan dijelaskan, yaitu asam lemak dan eikosanoid, triasilgliserol dan fosfolipid, dan sterol (kolesterol).

- Sintesis asam lemak

Asam lemak adalah molekul yang sangat penting dari sudut pandang lipid, karena merupakan bagian dari lipid yang paling relevan di dalam sel. Sintesisnya, bertentangan dengan apa yang dipikirkan banyak ilmuwan selama studi pertama dalam hal ini, tidak terdiri dari rute sebaliknya dari β-oksidasi.

Faktanya, jalur metabolisme ini terjadi di kompartemen sel yang berbeda dan membutuhkan partisipasi perantara tiga karbon yang dikenal sebagai malonil-KoA, yang tidak diperlukan untuk oksidasi.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Domain publik

Lebih lanjut, ini terkait erat dengan gugus sulfhidril dari protein yang dikenal sebagai Acyl Carrier Proteins (ACP).

Secara umum, sintesis asam lemak, terutama asam lemak rantai panjang, merupakan proses berurutan di mana empat langkah diulangi dalam setiap "putaran", dan selama setiap putaran dihasilkan gugus asil jenuh yang merupakan substrat untuk tahap berikutnya. , yang melibatkan kondensasi lain dengan molekul malonil-KoA baru.

Dalam setiap putaran atau siklus reaksi, rantai asam lemak memanjang dua karbon, hingga mencapai panjang 16 atom (palmitat), setelah itu meninggalkan siklus.

Pembentukan Malonyl-CoA

Perantara tiga atom karbon ini dibentuk secara ireversibel dari asetil-KoA berkat aksi enzim asetil-KoA karboksilase, yang memiliki gugus prostetik biotin yang terikat secara kovalen ke enzim dan berpartisipasi dalam katalisis ini. Dua langkah.

Dalam reaksi ini, gugus karboksil yang diturunkan dari molekul bikarbonat (HCO3-) ditransfer ke biotin dengan cara yang bergantung pada ATP, di mana gugus biotinil bertindak sebagai "pengangkut sementara" dari molekul saat mentransfernya ke asetil-Koa. , menghasilkan malonyl-CoA.

Pada urutan sintesis asam lemak, zat pereduksi yang digunakan adalah NADPH dan gugus pengaktivasinya adalah dua gugus tiol (-SH) yang merupakan bagian dari kompleks multi enzim yang disebut sintase asam lemak, yang paling penting dalam katalisis. sintetis.

Pada vertebrata, kompleks sintase asam lemak adalah bagian dari rantai polipeptida besar tunggal, di mana 7 karakteristik aktivitas enzimatik dari rute sintesis terwakili, serta aktivitas hidrolitik yang diperlukan untuk melepaskan zat antara di ujung perpaduan.

Struktur enzim sintase asam lemak (Sumber: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

7 aktivitas enzimatik kompleks ini adalah: protein transporter gugus asil (ACP), asetil-KoA-ACP transasetilase (AT), β-ketoasil-ACP sintase (KS), malonyl-CoA-ACP transferase (MT), β- ketoasil-ACP reduktase (KR), β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD), dan enoyl-ACP reduktase (ER).

Sebelum reaksi kondensasi dapat terjadi untuk menyusun rantai asam lemak, dua gugus tiol dalam kompleks enzim menjadi "bermuatan" dengan gugus asil: pertama, asetil-KoA dipindahkan ke gugus -SH dari a sistein di bagian sintase β-ketoasil-ACP dari kompleks, reaksi yang dikatalisis oleh enzim asetil-KoA-ACP transasetilase (AT).

Selanjutnya, gugus malonil dipindahkan dari molekul malonil-KoA ke gugus -SH dari bagian transporter gugus asil (ACP) dari kompleks enzim, reaksi yang dikatalisis oleh enzim malonil-CoA-ACP transferase (MT), yang juga Ini adalah bagian dari kompleks sintase asam lemak.

Urutan empat reaksi untuk setiap "putaran" siklus reaksi adalah sebagai berikut:

1. Kondensasi: Kelompok asetil dan malonil yang "bermuatan" pada enzim mengembun untuk membentuk molekul asetoasetil-ACP, yang dilampirkan ke bagian ACP melalui gugus -SH. Dalam langkah ini, molekul CO2 diproduksi dan dikatalisis oleh sintase β-ketoasil-ACP (gugus asetil menempati posisi "terminal metil" dari kompleks asetoasetil-ACP).
2. Pengurangan gugus karbonil: gugus karbonil dalam posisi C3 asetoasetil-ACP direduksi menjadi D-β-hidroksibutiril-ACP, reaksi yang dikatalisis oleh reduktase β-ketoasil-ACP, yang menggunakan NADPH sebagai donor elektron.
3. Dehidrasi: karbon C2 dan C3 dari D-β-hydroxybutyryl-ACP tidak memiliki molekul air, membentuk ikatan rangkap yang berakhir dengan produksi senyawa baru trans -∆2-butenoyl-ACP. Proses ini dimediasi oleh enzim β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD).
4. Reduksi ikatan rangkap: ikatan rangkap dari senyawa yang terbentuk pada tahap dehidrasi dijenuhkan (direduksi) menghasilkan butyryl-ACP melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim enoyl-ACP reduktase (ER), yang juga menggunakan NADPH sebagai reduktor. .

Reaksi sintesis terjadi sampai molekul palmitat (16 atom karbon) terbentuk, yang dihidrolisis dari kompleks enzim dan dilepaskan sebagai prekursor yang mungkin untuk asam lemak dengan rantai yang lebih panjang, yang diproduksi oleh sistem perpanjangan. asam lemak yang terletak di bagian halus retikulum endoplasma dan di mitokondria.

Modifikasi lain yang dapat dialami molekul ini, seperti desaturasi, misalnya, dikatalisis oleh enzim yang berbeda, yang umumnya terjadi pada retikulum endoplasma halus.

- Sintesis eikosanoid

Eikosanoid adalah lipid seluler yang berfungsi sebagai molekul pembawa pesan "jarak pendek", diproduksi oleh beberapa jaringan untuk berkomunikasi dengan sel di jaringan tetangganya. Molekul-molekul ini disintesis dari asam lemak tak jenuh ganda dari 20 atom karbon.

Prostaglandin

Sebagai respons terhadap stimulasi hormonal, enzim fosfolipase A menyerang membran fosfolipid dan melepaskan arakidonat dari gliserol 2-karbon. Senyawa ini diubah menjadi prostaglandin berkat enzim retikulum endoplasma halus dengan aktivitas bifungsional: siklooksigenase (COX) atau prostaglandin H2 sintase.

Tromboksan

Prostaglandin dapat diubah menjadi tromboksan berkat sintase tromboksan yang ada dalam trombosit darah (trombosit). Molekul-molekul ini berpartisipasi dalam langkah awal pembekuan darah.

- Sintesis triasilgliserol

Asam lemak adalah molekul fundamental untuk sintesis senyawa lain yang lebih kompleks dalam sel, seperti triasilgliserol atau lipid membran gliserofosfolipid (proses yang bergantung pada kebutuhan metabolisme seluler).

Hewan menghasilkan triasilgliserol dan gliserofosfolipid dari dua prekursor umum: lemak asil-KoA dan L-gliserol 3-fosfat. Asil-CoA lemak diproduksi oleh sintetase asil-KoA yang berpartisipasi dalam oksidasi β, sedangkan L-gliserol 3-fosfat diperoleh dari glikolisis dan dengan aksi dua enzim alternatif: gliserol 3-fosfat dehidrogenase dan gliserol kinase.

Triasilgliserol dibentuk oleh reaksi antara dua molekul lemak asil-KoA dan satu molekul diasilgliserol 3-fosfat; Reaksi transfer ini dikatalisis oleh transferase asil tertentu.

Dalam reaksi ini, asam fosfatidat awalnya diproduksi, yang didefosforilasi oleh enzim fosfatase asam fosfatase untuk menghasilkan 1,2-diasilgliserol, yang lagi-lagi mampu menerima molekul ketiga lemak asil-KoA, menghasilkan triasilgliserol.

- Sintesis fosfolipid

Fosfolipid adalah molekul yang sangat bervariasi, karena banyak molekul berbeda dapat dibentuk oleh kombinasi asam lemak dan kelompok "kepala" yang berbeda dengan kerangka gliserol (gliserofosfolipid) atau sfingosin (sfingolipid) yang menjadi ciri khas mereka.

Perakitan umum molekul-molekul ini membutuhkan sintesis dari gliserol atau tulang punggung sphingosine, penyatuan dengan asam lemak yang sesuai, baik dengan esterifikasi atau midasi, penambahan gugus "kepala" hidrofilik melalui ikatan fosfodiester dan, jika perlu, perubahan atau pertukaran kelompok yang terakhir.

Pada eukariota, proses ini terjadi di retikulum endoplasma halus dan juga di dalam membran mitokondria bagian dalam, di mana mereka dapat tetap tanpa batas atau dari tempat mereka dapat dipindahkan ke tempat lain.

Langkah-langkah reaksi

Langkah pertama reaksi sintesis gliserofosfolipid setara dengan produksi triasilgliserol, karena molekul gliserol 3-fosfat diesterifikasi menjadi dua molekul asam lemak pada karbon 1 dan 2, membentuk asam fosfatidat. Biasanya ditemukan fosfolipid yang memiliki asam lemak jenuh di C1 dan tak jenuh di C2 gliserol.

Asam fosfatidat juga dapat diproduksi melalui fosforilasi molekul diasilgliserol yang telah disintesis atau "didaur ulang".

Kelompok "kepala" kutub dari molekul ini dibentuk melalui ikatan fosfodiester. Hal pertama yang harus terjadi agar proses ini berlangsung dengan benar adalah "aktivasi" salah satu gugus hidroksil yang berpartisipasi dalam proses dengan mengikat nukleotida seperti sitidin difosfat (CDP), yang secara nukleofilik tergeser oleh gugus lain. hidroksil yang berpartisipasi dalam reaksi.

Jika molekul ini berikatan dengan diasilgliserol, maka CDP-diasilgliserol (bentuk asam fosfatidat yang "teraktivasi") terbentuk, tetapi hal ini juga dapat terjadi pada gugus hidroksil dari gugus "kepala".

Dalam kasus fosfatidilserin, misalnya, diasilgliserol diaktivasi dengan kondensasi molekul asam fosfatidat dengan molekul sitidin trifosfat (CTP), membentuk CDP-diasilgliserol dan menghilangkan pirofosfat.

Jika molekul CMP (cytidine monophosphate) dipindahkan oleh serangan nukleofilik dari hidroksil serin atau dari hidroksil pada 1-karbon dari gliserol 3-fosfat, fosfatidilserin atau fosfatidilgliserol 3-fosfat dapat dilepaskan, dari mana monoester fosfat dapat dilepaskan dan menghasilkan fosfatidilgliserol.

Kedua molekul yang diproduksi dengan cara ini berfungsi sebagai prekursor untuk lipid membran lainnya, yang sering berbagi jalur biosintesis satu sama lain.

- Sintesis kolesterol

Kolesterol merupakan molekul esensial bagi hewan yang dapat disintesis oleh selnya, sehingga tidak esensial dalam makanan sehari-hari. Molekul 27 atom karbon ini dihasilkan dari prekursor: asetat.

Molekul kompleks ini dibentuk dari asetil-KoA dalam empat tahap utama:

1. Kondensasi tiga unit asetat untuk membentuk mevalonat, molekul perantara 6-karbon (pertama molekul asetoasetil-KoA dibentuk dengan dua asetil-KoA (enzim tiolase) dan kemudian β-hidroksi-β-methylglutaryl-CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA synthetase enzyme) Mevalonate terbentuk dari HMG-CoA dan berkat enzim HMG-CoA reduktase.
2. Konversi mevalonate menjadi unit isoprena. 3 gugus fosfat pertama ditransfer dari 3 molekul ATP ke mevalonat. Salah satu fosfat hilang bersama dengan gugus karbonil yang berdekatan dan ∆3-isopentenil pirofosfat terbentuk, yang diisomerisasi untuk menghasilkan dimetilalil pirofosfat
3. Polimerisasi atau kondensasi unit isoprena 6 C5 untuk membentuk C 30 squalene (molekul linier).
4. Siklisasi squalene untuk membentuk 4 cincin dari inti steroid kolesterol dan perubahan kimia selanjutnya: oksidasi, migrasi dan eliminasi gugus metil, dll., Yang menghasilkan kolesterol.

Referensi

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Prinsip biokimia: dengan fokus manusia. Perusahaan Penerbitan Brooks / Cole.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia bergambar Harper. Mcgraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Seluk beluk biosintesis lipid yang dikendalikan retikulum endoplasma. Laporan EMBO, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Biosintesis lipid. The Plant Cell, 7 (7), 957.