BIOSINTESIS LIPIDYuni Dwi Lestari/Teknik Kimia/130637057535

Abstrak Lipid adalah senyawa organik yang diperoleh dari proses dehidrogenasi endotermal rangkaian hidrokarbon. Lipid bersifat amfifilik, artinya lipid mampu membentuk struktur seperti vesikel, liposom, atau membran lain dalam lingkungan basah. Lipid dapat dibagi ke dalam delapan kategori:asil lemak, gliserolipid, gliserofosfolipid, sfingolipid, sakarolipid, dan poliketida (diturunkan dari kondensasi subsatuan ketoasil) serta lipid sterol dan lipid prenol (diturunkan dari kondensasi subsatuan isoprena). Jalur sintesis dari masing-masing jenis lipid berbeda satu dengan yang lainnya. Namun seperti jalur biosintesis lainnya, urutan reaksinya adalah endergonik serta reduktif. Sumber energi utama dalam biosintesis adalah ATP dan juga NADPH sebagai pembawa elektron.KeywordATP, steroid, kolestrol, hidrofobik, vetebrata, mamalia, dehidrasi, jalur siklik, triasgliserol, fosfatidik, dehidrasi, isoprenoid, glukokortikod, mineralokortikod, eichosanoid, steroid.PembahasanBiosintesis merupakan pembentukkan molekul alami yang terjadi di dalam sel dari molekul lain yang kurang rumit strukturnya, melalui reaksi endeorganik. Sedangkan jalur biosintetis dapat diartikan sebagai urutan atau proses yang di dalamnya terdiri atas tahap-tahap pembentukkan dari senyawa yang sederhana menjadi senyawa kompleks.

Biosintesis Asam Lemak Berikut ini adalah tahapan dari sintesis asam lemak :1. Pengangkutan asetil-KoA ke dalam sitoplasma : Asetil-KoAyang terdapat dalm mitochondria berasal dari tiga sumber yaitu: 1) dekarboksilasi asam piruvat, 2) degradasi asam amino dan 3) -oksidasi asam lemak. Senyawa beratom C dua buah diatas tidak dapat keluar menembus dinding mitochondria untuk menuju ke Sitosol tempat berlangsungnya sintesis asam lemak . asetil-KoA itu dapat keluar mitochondria dengan Jalan mengubah senyawa tersebut menjadi asam sitrar atau diangkut oleh karnitin. Baik asil-karnitin maupun asam sitrat dapat menembus dinding mitochondria dan kemudian terurai lagi menjadi bagian-bagian.2. Pengubahan asetil-KoA menjadi malonil-KoASatuan yang memperpanjang rantai pada biosentesis asam lemak adalah malonil-KoA. Pembentukan senyawa ini dikatalisis oleh enzim asetil-KoA karboksilase yang membutuhkan biotin, CO2 dan ATP.

3. Transfer gugus asil ke kompeks enzimSenyawa yang bertindak sebagai pemula rantai asam lemak adalah asetil-KoA. Senyawa aktif yang beratom C sebanyak dua buah ini di kait oleh ACP yang selanjutnya di tempelkan ke enzim -ketoasil-ACP ssintas.4. Gugus malonil terikat pada ACPMalonil-KoA, yang dibentuk melalui reaksi karboksilasi asetil-KoA, selanjutnya di kait oleh ACP. Malonil-S-KoA +HS-ACP malonil-S-ACP+KoA-SH dengan bantuan ACP-malonil transferase.4. Reaksi kondensasiSetelah kedua gugus yang akan bereaksi yaitu asetil dan malonil berada pada kompleks enzim maka terjadilah reaksi kondensasi6. Reaksi reduksi pertamaAsetoasetil yang masih terikat erat pada kait 4-fosfopantetein direduksi menjadi -hidroksibutiril S-ACP oleh enzim -ketoasil reduktase.7. DehidrasiSenyawa yang terbentuk pada reaksi reduksi di atas didehidrasi pada tahap ini. Senyawa yang terbentuk tidak jenuh pada atom C dan , ikatan gandanya adalah trans dan dinamakan asil-S-ACP tak jenuh.8. Reaksi reduksi keduaEnzim enoil-ACP reduktase (NADPH) mereduksi krotonil-S-ACP menjadi butiril-S-ACP. Senyawa yang masih tetap terkait pada kompleks melalui kait 4 fosfopantenin kemudian dipindahkan ke enzim sintase. Oleh karena itu maka ACP menjadi bebas dan dapat mengkait malonil-KoA berikutnya. Senyawa ini kemudian direaksikan dengan butiril-S-sintase dan berlangsunglah siklus sintesis yang kedua melalui urutan dan mekanisme reaksi yang sama, terjadilah siklus-siklus biosintesis berikut, sehingga tercapai panjang asam lemak tertentu.

Gambar 1. Bionsintesi asam lemakSumber : slideshare.netBiosintesis EicosanoidEicosanoid merupakan kelompok molekul yang paling potensial dalam menyampaikan sinyal (molecul signaling) dengan cara mempengaruhi jaringan yang dekat dengan sel-sel yang memproduksi molekul ini. Eicosanoid terbentuk dari 20-Carbon Polyunsaturated Fatty Acid. Molekul ini dikeluarkan sebagai respon dari hormon atau simultan lainnya. Terdapat dua jalur biosintesis Eicosanoid, yaitu:

1. Jalur Cyclic

Gambar 2. Biosintesis Eicosanoid jalur Siklik.Sumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry.

Phospholipase A2 menyerang membran Phospholipid yang mengandung arachnidonate. Phospholipid mengeluarkan arachnidonate (dari gliserol). Dari arachnidonate kemudian diubah menjadi PGG2 dengan katalis enzim COX. PGG2 dirubah menjadi PGH2 dengan mengkatalisis PGG2 dengan bantuan aktivitasenzim peroksida COX. PGH2 merupakan prekursor dari sintesis Prostaglandin dan Tromboxane.

2. Jalur Linier

Gambar 3. Jalur linier biosintesi eichosanoidSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of BiochemistryJalur linier dimulai dengan proses katalisis penggabungan O2 ke dalam arachidonate dengan enzim lipoxygenase. Leukotrien dibedakan pada posisi kelompok peroksida yang ada di dalam rantai. Sintesis jalur linier tidak dihambat oleh Aspirin maupun senyawa NSAID lainnya.

Biosintesis Triasilgliserol

Gambar 4. Biosintesis TrigliserolSumber : slideshare.netTriasilgliserol merupakan suatu jenis lemak yang penyusun utamanya adalah gliserol dan gugus asil. Nama lain dari triasilgliserol adalah trigliserida. Trigliserida dapat ditemui pada jaringan adiposa. Trigliserida merupakan lemak yang paling penting dalam tubuh manusia karena jumlahnya paling banyak (15 kg trigliserida/70 kg berat tubuh keseluruhan). Energi yang tersimpan dalam trigliserida tinggi nilainya yaitu 38kJ/g trigiserida. Tumbuhan juga membuat triasilgliserol sebagai cadangan energi yang kaya, umumnya disimpan pada buah dan biji. Sedangkan pada jaringan hewan, triasilgliserol memiliki dua prekursor, yaitu lemak asil-CoA dan L-gliserol 3-fosfat. Biosintesis dari triasilgliserol dalam tubuh hewan diregulasi oleh beberapa hormon. Insulin merupakan hormon yang membantu konversi karbohidrat menjadi triasilgliserol.

Biosintesis Fosfatidik

Langkah-langkah dalam biosintesis fosfatidik, yaitu : 1. Pembentukan Dihidroksiasetonposfat dari glukosa

2. Dihidroksiasetonposfat bereaksi dengan gliserol dengan bantuan ATP dan NADH menghasilkan L-Gliserol 3-posfat (posisi posfat pada S3) 3. Penempelan dua gugus asil pada S1 dan S2 dengan bantuan acyl-CoA synthetase dan acyl transferase 4. Terbentuk phosphatidic acid

Gambar 5. Biosintesis fosfaditikSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of BiochemistryBiosintesis Kolesterol

Biosintesis Kolesterol

Kolesterol seperti rantai panjang asam lemak yang terbentuk dari asetil KoA. Terdiri dari empat langkah utama: Sintesis mevalonate Sintesis isoprenoid Sintesis skualen Sintesis akhir kolestrol

Sintesis Mevalonate

Tahapan awal dari sintesis kolesterol adalah pembentukan mevalonate. Sintesis mevalonate diawali dengan pembentukan asetoasetil-KoA yang membutuhkan 3 molekul asetil-KoA. Dilanjutkan dengan pembentukan -hidroksi--metilglutaril-KoA. Proses ini melibatkan katalis thiolase dan HMG-KoA sintase. Kemudian, langkah terakhir yaitu reaksi reduksi -hidroksi- -metilglutaril-KoA membentuk mevalonate dengan didonornya 2 elektron dari NADPH. Proses ini juga dibantu oleh katalis HMG-KoA reduktase. Proses pembentukan mevalonate terjadi di sitosol dengan bantua energi dari mitokondria.

Sintesis Isoprenoid

Dalam tahapan sintesis kolesterol, langkah kedua adalah pembentukan isoprenoid. Langkah awal yaitu dengan bantuan ATP dan katalis mevalonate kinase, mevalonate akan difosforilasi menjadi 5-fosfomevalonate. Dengan bantuan dengan ATP dan fosfo-mevalonate kinase, 5-fosfomevalonate akan diubah menjadi 5-pirofosfomevalonate. 3-isopentenil pirofosfat dihasilkan dengan bantuan ATP dan fosfomevalonate de-karboksilase. Selanjutnya 3-isopentenil pirofosfat diubah menjadi 3-fosfo-5-piro-osfomevalonat dengan hasil fosforilasi gugus hidroksi dari pirofosfomevalonate. Hingga di akhir dihasilkan 3-isopentil pirofosfate atau dimetilalil pirofosfat.Gambar 14. Sintesis Isoprenoid

Sintesis Skualen

Tahapan pembentukan selanjutnya adalah sintesis skualen dengan awalnya 3,3-dimetil alil pirofosfat dan 3-isopentenil pirofosfat akan berkondensasi dengan bantuan dimetil alil transferase membentuk geranil pirofosfat (10 C). Geranil pirofosfat akan di transfer ke isopentenil pirofosfat dan akan menghasilkan farnesil pirofosfat (15 C). Proses ini dibantu oleh pherenil tranferase. Hingga akhirnya 2 molekul farnesil pirofosfat akan berkondensasi membentuk preskualen. Dengan bantuan sintase preskualen akan dibentuk skualen yang sudah simetris.

Gambar 6 Sintesis skualen Sumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

Gambar 7. Sintesis MevalonateSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

Gambar 8. Sintesis Isoprenoid

Sumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

Biosintesis Steroid

Manusia menurunkan semua hormon steroid mereka dari kolesterol. Sintesis hormon steroid membutuhkan penghilangan beberapa atau semua atom karbon pada rantai samping pada C-17

Gambar 9. Biosintesis steroidSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

Jenis-jenis dari hormon steroid yang ada di dalam tubuh manusia, antara lain:

1. Progesteron : meregulasi siklus reproduksi wanita. Sintesis progesteron berlangsung di korpus luteum. Progesteron dibentuk dari Prognenolone.Gugus hidroksil C-3 yang diubah menjadi gugus keto. Ikatan ganda dari C-5,6 diubah menjadi C-4,5.

Gambar 10. Sintesis progesteronSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

2. Glukokortikoid : membantu regulasi glukoneogenesis dan mereduksi respon inflammatory, Tempat berlangsung: Korteks Adrenal. Jenis dari glukokortikoid adalah kortisol dan kortikosteron. Prosesnya adalah terjadi hidroksilisasi pada C-11, C-17, dan C-21. Lalu hidroksilisasi C-17 harus terjadi sebelum C-21. Dan terakhir hidroksilisasi C- 11 terjadi setiap stadium konversi

Gambar 11. Sintesis GlukokortikodSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

3. Mineralokortikoid : mengontrol reabsorbsi ion organik (Na+, Cl-, dan HCO3 ) oleh ginjal, contohnya adalah aldosteron. Prosesnya adalah progesteron dihidroksilasi pada C-12 dan kemudian C-11 (kortikosteron), lalu gugus metil pada C-18 (kortikosteron) dioksidasi menjadi gugus aldehid, hingga menghasilkan Aldosteron.

Gambar 12. Sintesis mineralokortikoidSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

4. Androgen (seperti testosteron) dan Estrogen (seperti estradiol) : mempengaruhi perkembangan karakteristik seksual sekunder pada pria dan wanita. Progesteron merupakan prekursor dari androgen, dan androgen merupakan prekursor dari estrogen. Proses sintesis dari testosterone adalah sebagai berikut:

1. Menghilangkan C-20 dan C-21 dari progesterone menjadi androstenedion, 2. Androstenedion memiliki gugus keto pada C-17, 3. Gugus keto direduksi menjadi gugus hidroksi, menghasilkan testosteron. Proses sintesis dari estrogen adalah sebagai berikut: 1. Menghilangkan gugus metil C-19 dari testosteron (C19), 2. Cincin A diubah menjadi suatu struktur aromatik, menghasilkan estrogen (C18).

Gambar 13. Sintesis androgenSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

Biosintesis Fosfolipid

Fosfolipid merupakan asam lemak yang terikat kovalen dengan fosfat. Terdapat berbagai jenis fosfolipid di bakteri, tetapi yang akan dibahas adalah fosfolipid yang umum dijumpai (Gambar 9.11). Struktur fosfolipid dalam membran sel adalah amfibolik, yaitu satu bagian molekul bermuatan (polar/hodrofilik) dan bagian yang lain tidak bermuatan (nonpolar/hidrofobik). Area hidrofilik yang berisi fosfat dan hidrofobik yang berisi asam lemak disebut kepala dan ekor.

Beberapa sifat membran sel yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut. Membran sel hanya dapat dilewati oleh air, gas, dan molekul hidrofob kecil. Membran sel mampu melakukan kerja seluler, jika terdapat perbedaan muatan (proton dan ion natrium) di seberang-menyeberang membran sel. Asam lemak yang mengisi area hidrofob harus dalam kondisi cair (fluid). Kondisi ini untuk mempertahankan fungsi membran sel. Fluiditas asam lemak terjaga, karena adanya asam lemak tidak jenuh (titik beku asam lemak tidak jenuh lebih rendah dibandingkan asam lemak jenuh) dan asam lemak bercabang.Biosintesis fosfolipid dimulai dari reduksi dihidroksi aseton fosfat (senyawa antara glikolisis) menjadi gliseraldehid 3-fosfat (G3P). Dua molekul asil ACP mentransfer gugus asam lemak ke G3P menghasilkan asam fosfatidat. Reaksi ini dikatalisis gliseraldehid 3-fosfat asil transferase. Asam fosfatidat merupakan fosfolipid pertama yang dihasilkan. Asam fosfatidat diproses lagi menjadi derivat fosfolipid lainnya, misalnya fosfatidil serin, fosfatidiletanolamin, dan kardiolipin.

Asam fosfatidat kemudian bereaksi dengan sitidin trifosfat (CTP) menghasilkan citidin difosfat diasil gliserol dan pirofosfat. Reaksi ini dikatalisis citidin difosfat digliseride sintase. Penambahan sistein pada citidin difosfat diasil gliserol akan menghasilkan fosfatidil serin. Reaksi ini dikatalisis fosfatidil serin sintase. Fosfatidil serin dekarboksilase melakukan dekarboksilasi fosfatidil serin menghasilkan fosfatidil etanolamin. Secara terpisah, citidin difosfat diasil gliserol bereaksi dengan gliserol fosfat menghasilkan fosfatidil gliserol fosfat. Reaksi ini dikatalisis fosfatidil gliserol fosfat sintase. Hidrolisis fosfatidil gliserol fosfat menghasilkan fosfatidil gliserol (dan melepaskan fosfat). Reaksi ini dikatalisis fosfatidil gliserol fosfat fosfatase. Dua molekul fosfatidil fosfat berekasi menghasilkan kardiolipin (difosfatidil gliserol). Reaksi ini dikatalisis kardiolipin sintase.

Gambar 14. Biosintesis fosfolipid.Sumber : slideshare.net

Biosintesis Spingolipid

Biosintesis spingolipid berlangsung dalam empat tahapan yaitu,

1. Sintesis 18-karbon amina spinganin dari palmitoil-KoA dan serin2. Pelekatan asam lemak dalam ikatan amida untuk menghasilkan N-asilspinganin3. Desaturasi gugus spinganin untuk membentuk N-asilspingosin (ceramide)4. Pelekatan ujung utama gugus fosfolipid untuk menghasilkan spingolipid seperti cerebroside atau spingomyelin

Tahapan-tahapan ini terjadi di retikulum endoplasma namun ada pelekatan ujung utama fosfolipid terjadi di badan golgi.

Gambar 15. Biosintesis SpingolipidSumber : Lehninger, Nelson, dan Cox. Principles of Biochemistry

KESIMPULAN

Jalur sintesis dari masing-masing molekul turunan dari lipid berbeda-beda. Biosintesis lipid memerlukan energi yang berasal dari ATP dan juga pembawa elektron untuk reduksi yang berasal dari NADPH. Beberapa jenis lipid, antara lain asam lemak, eicosanoid, triasilgliserol, fosfatidik, membran fosfolipid, kolesterol, steroid, isoprenoid, dan sebagainya. Empat tahapan untuk menyintesis asam lemak yaitu kondensasi, reduksi kelompok karbonil, dehidrasi, dan reduksi ikatan ganda. Biosintesis eicosanoid melibatkan dua jalur, yaitu jalur siklik dan jalur linier. Triasilgliserol merupakan hasil dari proses biosintesis asam lemak. Biossintesis fosfatidik langkahnya adalah pembentukan dihidroksiasetonposfat dari glukosa dan pada akhirnya terbentuk phosphatidic acid. Membran Phospholipid dibagi menjadi 2 kelas utama, yaitu glycerophospholipids dan sphingolipids. Biosintesis kolesterol melalui tahapan kompleks untuk menghasilkan kolesterol. Manusia menurunkan semua hormon steroid mereka dari kolesterol.

REFERENSI

Alberts, Bruce. 2008. Molecular Biology of The Cell, 5th ed. USA : Garland Science.

Arumingtyas, Estri Laras dan Fatchiyah. 2011. Biologi Molekular Prinsip Dasar Analisis. Jakarta : Erlangga.

Karp, Gerald. 2010. Cell and Molecular Biology, 6th ed. USA : John Willey & Sons Inc

Lehninger, Nelson, dan Cox. 2008. Principles of Biochemistry. USA: Freeman and Company. Raven. dkk. 2008. Biology Eight Edition. USA : McGraw-Hill Higher Education.