Sintesis asam lemak

Sintesis asam lemak adalah proses anabolisme yang berlangsung di dalam sitoplasma sel, di mana molekul asetil-KoA diubah menjadi asam lemak melalui serangkaian reaksi enzimatik. Proses ini penting bagi organisme untuk menghasilkan cadangan energi dalam bentuk trigliserida dan untuk membentuk komponen struktural membran sel seperti fosfolipid. Sintesis asam lemak terjadi terutama di hati, jaringan adiposa, dan kelenjar susu pada mamalia, serta melibatkan enzim kompleks yang dikenal sebagai Fatty Acid Synthase (FAS).

Lokasi dan Fungsi Biologis

Sintesis asam lemak pada hewan mamalia umumnya berlangsung di sitosol karena enzim FAS berada di lokasi tersebut. Pada tumbuhan, sintesis ini terjadi di plastida. Fungsi biologis utama sintesis asam lemak adalah:

1. Menyediakan asam lemak untuk pembentukan fosfolipid membran sel.
2. Menyediakan cadangan energi jangka panjang dalam bentuk lemak dan minyak.
3. Mensintesis molekul sinyal seperti prostaglandin dan hormon berbasis lipid.

Substrat dan Koenzim

Substrat utama dalam sintesis asam lemak adalah Asetil-KoA dan Malonil-KoA. Malonil-KoA dibentuk dari asetil-KoA melalui reaksi karboksilasi yang dikatalisis oleh enzim Asetil-KoA karboksilase (ACC) dengan bantuan koenzim biotin. Koenzim penting lainnya termasuk NADPH, yang berperan sebagai donor elektron dan hidrogen dalam reaksi reduksi.

Langkah-Langkah Umum Sintesis

Proses sintesis asam lemak mengikuti pola berulang yang terdiri dari beberapa tahapan:

1. Kondensasi: Asetil-KoA atau rantai asam lemak yang sedang tumbuh dikondensasikan dengan Malonil-KoA.
2. Reduksi: Gugus karbonil direduksi menjadi gugus hidroksil dengan NADPH.
3. Dehidrasi: Gugus hidroksil dihilangkan, membentuk ikatan rangkap.
4. Reduksi lanjutan: Ikatan rangkap direduksi menjadi ikatan tunggal.

Siklus Elongasi

Setiap siklus elongasi akan menambah dua atom karbon ke rantai asam lemak yang sedang tumbuh. Reaksi ini dimulai dari asetil-KoA sebagai primer dan berlanjut hingga terbentuk asam lemak jenuh seperti Asam palmitat (C₁₆H₃₂O₂). Setelah terbentuk, asam palmitat dapat mengalami modifikasi lebih lanjut seperti pemanjangan atau desaturasi.

Regulasi Sintesis

Regulasi sintesis asam lemak terjadi pada tingkat enzim ACC dan FAS. Aktivitas ACC diatur secara alosterik oleh sitrato (aktivator) dan asam lemak jenuh (inhibitor). Selain itu, hormon seperti insulin dapat meningkatkan ekspresi enzim sintesis asam lemak, sementara glukagon dan epinefrin menurunkannya.

Peran NADPH

NADPH yang digunakan dalam sintesis asam lemak sebagian besar dihasilkan melalui jalur pentosa fosfat dan dari reaksi malat menjadi piruvat yang dikatalisis oleh enzim malat dehidrogenase. NADPH menyediakan elektron yang diperlukan untuk reduksi gugus karbonil menjadi metil dalam rantai asam lemak.

Persamaan Kimia

Secara umum, sintesis asam palmitat dari asetil-KoA dan malonil-KoA dapat disederhanakan menjadi: $$\begin{gathered} 8 \\ \text{Asetil-KoA}+14 \\ \text{NADPH}+14 \\ {\text{H}}^{+}\to {\text{C}}_{16}{\text{H}}_{32}{\text{O}}_2+8 \\ \text{CoA}+14 \\ {\text{NADP}}^{+}+6 \\ {\text{H}}_2\text{O} \end{gathered}$$

Perbedaan pada Tumbuhan dan Hewan

Pada tumbuhan, sintesis asam lemak terjadi di plastida dan melibatkan FAS tipe II, di mana setiap reaksi dikatalisis oleh enzim terpisah. Sebaliknya, pada hewan, FAS adalah kompleks multienzim yang mengandung semua aktivitas katalitik dalam satu polipeptida besar (FAS tipe I).

Perpanjangan dan Modifikasi

Setelah asam lemak jenuh seperti palmitat terbentuk, enzim perpanjangan rantai (elongase) dapat menambah atom karbon, sedangkan enzim desaturase dapat menambahkan ikatan rangkap untuk membentuk asam lemak tak jenuh. Proses ini penting untuk membentuk asam lemak esensial seperti asam oleat dan asam linoleat.

Hubungan dengan Metabolisme Energi

Sintesis asam lemak terkait erat dengan metabolisme energi. Saat pasokan energi berlebih, glukosa diubah menjadi asetil-KoA melalui glikolisis dan siklus asam sitrat, kemudian digunakan untuk sintesis asam lemak. Sebaliknya, saat energi kurang, asam lemak dipecah melalui beta-oksidasi untuk menghasilkan ATP.

Signifikansi Klinis

Gangguan pada sintesis asam lemak dapat menyebabkan masalah metabolik seperti obesitas, diabetes melitus tipe 2, dan penyakit hati berlemak. Beberapa obat dan senyawa penelitian menargetkan enzim ACC atau FAS untuk mengendalikan sintesis asam lemak dalam terapi penyakit metabolik dan kanker.

Penelitian Terkini

Penelitian modern berfokus pada pemahaman regulasi genetik sintesis asam lemak dan peranannya dalam perkembangan penyakit. Teknik seperti metabolomik dan biologi molekuler digunakan untuk memetakan jalur metabolik dan mengidentifikasi titik kontrol yang dapat dimodifikasi. Pemahaman ini diharapkan dapat menghasilkan terapi yang lebih efektif dan spesifik dalam mengatasi gangguan metabolisme lipid.