Konsep Teoritis Biomolekul (Lipid)

Lipid tidak didefinisikan sebagai senyawa dengan struktur fungsional tertentu seperti layaknya karbohidrat, suatu senyawa diklasifikasikan sebagai lipid jika senyawa tersebut lebih larut dalam pelarut organic, seperti dikloro metana, dibandingkan air. Dengan kriteria tersebut, lipid sebenarnya tidak hanya lemak dan minyak tetapi senyawa yang menggabungkan gugus fungsi yang berasal dari asam fosfat, karbohidrat atau alcohol, serta senyawa steroid seperti kolesterol. Seperti pada skema berikut :

Trigliserida adalah ester asam lemak dan alkohol trifungsional. Sifat-sifat penting yang harus dipertimbangkan adalah: titik leleh dan tingkat ketidakjenuhan dari asam lemak komponen. Karena gliserol memiliki tiga gugus fungsi alkohol, tiga asam lemak harus bereaksi untuk membuat tiga gugus fungsi ester. Tiga asam lemak itu mungkin identik atau tidak. Faktanya, ada tiga asam lemak yang berbeda. Sintesis trigliserida adalah aplikasi lain dari reaksi sintesis ester.

Lemak (atau trigliserida) di dalam tubuh dicerna sebagai makanan atau disintesis oleh adiposit atau hepatosit dari prekursor karbohidrat .  Metabolisme lipid mensyaratkan oksidasi asam lemak baik untuk menghasilkan energi atau mensintesis lipid baru dari molekul penyusun yang lebih kecil. Metabolisme lipid dikaitkan dengan metabolisme karbohidrat, karena produk-produk glukosa (seperti asetil CoA) dapat diubah menjadi lipid.

Metabolisme lipid dimulai di usus tempat trigliserida yang dicerna dipecah menjadi asam lemak rantai yang lebih kecil dan kemudian menjadi molekul monogliserida oleh lipase pankreas, enzim yang memecah lemak setelah mereka diemulsi oleh garam empedu. Ketika makanan mencapai usus kecil dalam bentuk chyme, hormon pencernaan yang disebut cholecystokinin (CCK) dilepaskan oleh sel-sel usus di mukosa usus. CCK merangsang pelepasan lipase pankreas dari pankreas dan merangsang kontraksi kandung empedu untuk melepaskan garam empedu yang disimpan ke dalam usus. CCK juga melakukan perjalanan ke otak, di mana ia dapat bertindak sebagai penekan rasa lapar.

Bersama-sama, lipase pankreas dan garam empedu memecah trigliserida menjadi asam lemak bebas. Asam lemak ini dapat diangkut melintasi membran usus. Namun, begitu mereka melintasi membran, mereka bergabung kembali untuk membentuk molekul trigliserida lagi. Di dalam sel-sel usus, trigliserida ini dikemas bersama dengan molekul kolesterol dalam vesikel fosfolipid yang disebut silomikro.  Silomikron memungkinkan lemak dan kolesterol untuk bergerak dalam lingkungan air sistem limfatik dan sirkulasi Anda. Kilomikron meninggalkan enterosit oleh eksositosis dan memasuki sistem limfatik melalui lakteal di vili usus. Dari sistem limfatik, kilomikron diangkut ke sistem peredaran darah. Setelah dalam sirkulasi, mereka dapat pergi ke hati atau disimpan dalam sel-sel lemak (adiposit) yang terdiri dari jaringan adiposa (lemak) yang ditemukan di seluruh tubuh.

Lipolisis

Untuk mendapatkan energi dari lemak, trigliserida pertama-tama harus dipecah oleh hidrolisis menjadi dua komponen utamanya, asam lemak dan gliserol. Proses ini, yang disebut lipolisis, terjadi di sitoplasma. Asam lemak yang dihasilkan dioksidasi oleh β-oksidasi menjadi asetil CoA, yang digunakan oleh siklus Krebs. Gliserol yang dilepaskan dari trigliserida setelah lipolisis langsung memasuki jalur glikolisis sebagai DHAP. Karena satu molekul trigliserida menghasilkan tiga molekul asam lemak dengan masing-masing 16 atau lebih karbon, molekul lemak menghasilkan lebih banyak energi daripada karbohidrat dan merupakan sumber energi penting bagi tubuh manusia. Trigliserida menghasilkan lebih dari dua kali energi per satuan massa jika dibandingkan dengan karbohidrat dan protein. Oleh karena itu, ketika kadar glukosa rendah, trigliserida dapat dikonversi menjadi molekul asetil KoA dan digunakan untuk menghasilkan ATP melalui respirasi aerobik.

Pemecahan asam lemak, yang disebut oksidasi asam lemak atau beta (β) -oksidasi, dimulai di sitoplasma, di mana asam lemak diubah menjadi molekul CoA asil lemak. CoA lemak asil ini bergabung dengan karnitin untuk menciptakan molekul lemak asil karnitin, yang membantu mengangkut asam lemak melintasi membran mitokondria. Begitu masuk ke dalam matriks mitokondria, molekul lemak asil karnitin diubah kembali menjadi lemak asil CoA dan kemudian menjadi asetil KoA (Gambar 3). Asetil KoA yang baru terbentuk memasuki siklus Krebs dan digunakan untuk menghasilkan ATP dengan cara yang sama dengan asetil KoA yang berasal dari piruvat.

ketogenesis

Jika asetil KoA berlebihan dibuat dari oksidasi asam lemak dan siklus Krebs kelebihan beban dan tidak bisa mengatasinya, asetil CoA dialihkan untuk membuat badan keton. Badan keton ini dapat berfungsi sebagai sumber bahan bakar jika kadar glukosa terlalu rendah di dalam tubuh. Keton berfungsi sebagai bahan bakar pada saat kelaparan yang berkepanjangan atau ketika pasien menderita diabetes yang tidak terkontrol dan tidak dapat memanfaatkan sebagian besar glukosa yang beredar. Dalam kedua kasus, simpanan lemak dibebaskan untuk menghasilkan energi melalui siklus Krebs dan akan menghasilkan tubuh keton ketika terlalu banyak aset CoA terakumulasi.

Dalam reaksi sintesis keton ini, kelebihan asetil CoA diubah menjadi hydroxymethylglutaryl CoA (HMG CoA). HMG CoA adalah prekursor kolesterol dan merupakan zat antara yang kemudian dikonversi menjadi β-hydroxybutyrate, tubuh keton utama dalam darah

Lipogenesis

Ketika kadar glukosa berlimpah, kelebihan asetil CoA yang dihasilkan oleh glikolisis dapat diubah menjadi asam lemak, trigliserida, kolesterol, steroid, dan garam empedu. Proses ini, yang disebut lipogenesis, menciptakan lipid (lemak) dari asetil KoA dan berlangsung di sitoplasma adiposit (sel lemak) dan hepatosit (sel hati). Ketika Anda makan lebih banyak glukosa atau karbohidrat daripada yang dibutuhkan tubuh Anda, sistem Anda menggunakan asetil KoA untuk mengubah kelebihannya menjadi lemak. Meskipun ada beberapa sumber metabolik asetil KoA, itu paling sering berasal dari glikolisis. Ketersediaan asetil KoA adalah signifikan, karena memulai lipogenesis. Lipogenesis dimulai dengan asetil KoA dan berkembang dengan penambahan dua atom karbon berikutnya dari asetil KoA lainnya; proses ini diulang sampai asam lemak sesuai panjangnya. Karena ini adalah proses anabolik yang menciptakan ikatan, ATP dikonsumsi. Namun, pembuatan trigliserida dan lipid adalah cara yang efisien untuk menyimpan energi yang tersedia dalam karbohidrat. Trigliserida dan lipid, molekul berenergi tinggi, disimpan dalam jaringan adiposa sampai dibutuhkan.

Meskipun lipogenesis terjadi dalam sitoplasma, asetil KoA yang diperlukan dibuat dalam mitokondria dan tidak dapat diangkut melintasi membran mitokondria. Untuk mengatasi masalah ini, piruvat diubah menjadi oksaloasetat dan asetil KoA. Diperlukan dua enzim yang berbeda untuk konversi ini. Bentuk oksaloasetat melalui aksi piruvat karboksilase, sedangkan aksi piruvat dehidrogenase menghasilkan asetil KoA. Oksaloasetat dan asetil KoA bergabung membentuk sitrat, yang dapat melintasi membran mitokondria dan memasuki sitoplasma. Dalam sitoplasma, sitrat diubah kembali menjadi oksaloasetat dan asetil KoA. Oxaloacetate diubah menjadi malat dan kemudian menjadi piruvat. Piruvat bersilangan kembali melintasi membran mitokondria untuk menunggu siklus lipogenesis berikutnya. Asetil CoA diubah menjadi malonil CoA yang digunakan untuk mensintesis asam lemak. Gambar 6 merangkum jalur metabolisme lipid.

Lipid tersedia untuk tubuh dari tiga sumber. Mereka dapat dicerna dalam makanan, disimpan dalam jaringan adiposa tubuh, atau disintesis di hati. Lemak yang dicerna dalam makanan dicerna dalam usus kecil. Trigliserida dipecah menjadi monogliserida dan asam lemak bebas, kemudian diimpor melintasi mukosa usus. Setelah melintas, trigliserida disintesis ulang dan diangkut ke hati atau jaringan adiposa. Asam lemak dioksidasi melalui asam lemak atau β-oksidasi menjadi molekul karbon dua asetil KoA, yang kemudian dapat memasuki siklus Krebs untuk menghasilkan ATP. Jika kelebihan asetil KoA dibuat dan kelebihan kapasitas siklus Krebs, asetil KoA dapat digunakan untuk mensintesis benda keton. Ketika glukosa terbatas, badan keton dapat dioksidasi dan digunakan untuk bahan bakar. Kelebihan asetil KoA yang dihasilkan dari glukosa berlebih atau konsumsi karbohidrat dapat digunakan untuk sintesis asam lemak atau lipogenesis. Asetil KoA digunakan untuk membuat lipid, trigliserida, hormon steroid, kolesterol, dan garam empedu. Lipolisis adalah pemecahan trigliserida menjadi gliserol dan asam lemak, membuatnya lebih mudah bagi tubuh untuk diproses.

Permasalahan : 

1. Jika salah satu sumber dari lipid berhenti dan tidak dapat beroperasi, misalnya gagalnya tubuh dalam mensintesis lemak, bagaimana tahapan metabolisme dapat berjalan?

2. Bagaimana tubuh menggunakan lipid pada saat kelaparan dan tidak mungkin untuk menemukan bahan pangan?

3. Jika yang masuk ketubuh adalah asam lemak jenuh, bagaimana proses metabolisme berlangsung apakah sama atau berbeda dengan asam lemak tak jenuh?