Bagaimana proses pembentukan lemak dan lipid ?

Lipid
Lipid adalah sekelompok senyawa heterogen meliputi : lemak (fat), minyak, steroid, malam (wax) dan senyawa terkait, yang berkaitan lebih karena sifat fisiknya daripada sifat kimianya. Lipid memiliki sifat umum berupa (1) relatif tidak larut dalam air dan (2) larut dalam pelarut nonpolar misalnya eter dan kloroform.9 Lemak disimpan dalam jaringan subkutan dan memiliki fungsi sebagai pelindung tubuh, sumber energi, bahan dasar pembentukan membran sel dan hormon steroid, sumber asam lemak esensial, transport vitamin larut lemak, penghemat protein, penghasil panas, dan pemberi rasa kenyang. Lipid juga merupakan komponen penting sel saraf dalam penjalaran gelombang depolarisasi di sepanjang serabut saraf bermielin.10 Kombinasi lipid dan protein (lipoprotein) adalah konstituen sel yang penting, yang terdapat baik di membran sel maupun mitokondria dan juga berfungsi sebagai bentuk pengangkutan lipid dalam darah.

 Trigliserid
Trigliserid adalah senyawa lemak utama dalam makanan dan tubuh. Energi yang dihasilkan dari proses pemecahan sempurna trigliserid adalah 9 Kkal/gram. Jumlah kalori tersebut dua kali lipat lebih besar daripada yang dihasilkan karbohidrat dan protein sehingga pengurangan asupan lemak merupakan cara yang efektif untuk mengurangi kandungan kalori suatu diet. Penghitungan total kalori ini dilakukan di luar tubuh manusia dengan alat kalorimeter bom.11 Struktur umum dari trigliserid mengandung tiga asam lemak yang terikat melalui ikatan ester pada suatu molekul gliserol. Asam lemak yang berikatan dapat berupa asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh. Asam lemak merupakan asam monokarboksilat yang rantai karbonnya tidak bercabang dan radikal karboksilnya terdapat pada ujung rantai karbon tersebut. Panjang rantai asam lemak pada trigliserid bervariasi, namun panjang yang paling umum adalah 16, 18, atau 20 atom karbon.12 Fungsi utama trigliserid adalah sebagai sumber cadangan energi saat tubuh memerlukan tambahan. Ketika digunakan enzim lipase akan memecah trigliserid menjadi gliserol dan asam lemak serta melepasnya ke dalam pembuluh darah.13 Trigliserid dari tumbuhan berbentuk cair pada suhu ruangan karena memiliki proporsi asam lemak tidak jenuh yang lebih besar daripada trigliserid dari hewan yang berbentuk padat atau semi padat pada suhu yang sama. Asam lemak tidak jenuh (unsaturasi) adalah asam lemak yang memiliki dua atau lebih ikatan karbon ganda. Perbedaan dalam kandungan asam lemak tidak jenuh ini mendapat banyak perhatian karena asupan harian yang berlebihan dari asam lemak jenuh dan kolesterol berkaitan dengan terjadinya penyakit jantung koroner. Dokter akan menyarankan pembatasan diet trigliserid hewan (dan kolesterol) lebih ketat daripada trigliserid tumbuhan.

Absorbsi Lipid
Orang dewasa mengkonsumsi sekitar 60 – 150 gram lipid per hari yang lebih dari 90 persennya adalah trigliserid. Pencernaan lipid dimulai dalam lambung yang dikatalis oleh enzim lipase lingual dan gastrik. Molekul trigliserid, terutama yang mengandung asam lemak rantai pendek dan sedang adalah target utama enzim ini. Kedua enzim ini relatif stabil terhadap asam dengan pH optimal 4. Karena waktu pengosongan lambung sekiar 2 - 4 jam maka hanya 30 - 40 % trigliserid yang dapat dihidrolisis. Asam lemak rantai pendek hasil hidrolisis langsung diabsorbsi ke dalam sirkulasi porta dan terikat oleh albumin menuju hati, sedangkan asam lemak rantai panjang melanjut ke duodenum. Proses kritis pengemulsian lipid dalam makanan terjadi di duodenum. Proses emulsifikasi akan meningkatkan kerja enzim agar berjalan efektif. Emulsifikasi dicapai melalui dua mekanisme komplementer yaitu (1) penggunaan sifat detergen garam empedu dan (2) pencampuran mekanik akibat peristaltik. Garam empedu mengandung struktur cincin sterol dan rantai samping glisin atau taurin. Setelah disekresikan oleh hati, garam empedu akan berinteraksi dengan partikel lipid sehingga menstabilkan partikel tersebut. Molekul trigliserid yang tidak tercerna di lambung tadi, akan dihidrolisis oleh enzim lipase pankreas yang terutama memutus rantai asam lemak pada karbon 1 dan 3. Asam lemak pada karbon 2 sangat sulit untuk dipecah karena adanya ikatan ester sekunder. Untuk menghidrolisis ikatan ini harus melalui proses pemindahan menjadi ikatan ester primer yang relatif membutuhkan waktu cukup panjang, sehingga hanya kurang dari seperempat yang dapat dihidrolisis sempurna. Dengan demikian produk utama hasil hidrolisis enzim lipase pancreas adalah 2-monoasilgliserol dan asam lemak bebas. Sel eksokrin pankreas juga mensekresi enzim co-lipase yang berfungsi mengikat dan menambatkan lipase pada permukaan lipid. Sekresi kedua enzim pankreas ini diatur secara hormonal oleh cholecystokinin (CCK) yang diproduksi oleh sel mukosa jejunum dan duodenum. Selain berfungsi untuk memacu sekresi enzim pankreas, CCK juga berfungsi untuk mengkontraksikan kantung empedu. Asam lemak bebas, kolesterol bebas, 2-monoasilgliserol, dan sedikit 1- monoasilgliserol hasil hidrolisis bersama garam empedu dan fosfatidil kolin akan membentuk misel campuran (mixed micelles). Misel ini bersifat larut dalam air di lumen usus dan akan menuju membrane brush border enterosit (sel mukosa). Campuran lipid yang diserap di sel enterosit akan masuk reticulum endoplasma untuk disintesis kembali menjadi lipid kompleks. Pertama-tama asam lemak bebas akan dikonversi menjadi bentuk aktif oleh enzim asil-KoA sintetase. Gliserol juga akan diaktifkan menjadi gliserol 3-fosfat oleh ATP. Semua komponen lipid yang sudah aktif tadi kemudian digabungkan kembali membentuk trigliserid dengan bantuan enzim trigliserid sintetase. Begitupun kolesterol bebas diubah menjadi kolesterol ester. Trigliserid dan kolesterol ester yang baru disintesis bersifat hidrofobik sehingga perlu dikelilingi oleh lapisan yang terdiri dari fosfolipid, kolesterol yang tak teresterifikasi, dan molekul protein tunggal (apolipoprotein B-48) membentuk cairan yang disebut khilus. Partikel yang kecil dinamakan kilomikron yang dilepas menuju lacteal (pembuluh limfatik dari vili usus halus).

Transport Lipid
Lemak (fat) yang diserap dari makanan dan lipid yang disintesis dari hati harus diangkat ke berbagai jaringan dan organ untuk digunakan dan disimpan. Karena lipid tidak larut dalam air, masalah cara pengangkutan lipid dalam plasma darah yang berbahan dasar air dipecahkan dengan cara menggabungkan lipid non polar (trigliserid dan ester kolesteril) dengan lipid amfipatik (fosfolipid dan kolesterol) serta protein untuk menghasilkan lipoprotein yang dapat bercampur dengan air. Lipid plasma terdiri dari triasilgliserol (16%), fosfolipid (30%), kolesterol
(14%), dan ester kolesterol (36%) serta sedikit asam lemak rantai panjang tak teresterifikasi (asam lemak bebas) (4%). Asam lemak bebas secara metabolic adalah lemak plasma yang paling aktif. Pada dasarnya metabolisme lipid dalam tubuh terjadi melalui 3 jalur yaitu jalur eksogen, jalur endogen, dan jalur reverse cholesterol transport. Kedua jalur pertama berhubungan dengan metabolisme kolesterol LDL dan trigliserid, sedangkan jalur ketiga khusus mengenai metabolisme kolesterol-HDL
1) Jalur Eksogen
Trigliserid dan kolesterol dari makanan serta kolesterol dari hati yang dieksresikan bersama empedu ke usus halus merupakan lemak eksogen. Trigliserid dan kolesterol dalam usus halus ini akan diserap ke dalam enterosit mukosa usus halus. Trigliserid akan diserap sebagai asam lemak bebas sedangkan kolesterol ester diserap sebagai kolesterol bebas. Dalam sel usus halus, asam lemak bebas akan diubah lagi menjaditrigliserid, sedangkan kolesterol akan mengalami esterifikasi menjadi kolesterol ester lagi. Keduanya bersama dengan fosfolipid dan apolipoprotein akan membentuk lipoprotein yang dikenal dengan kilomikron. Lipoprotein ini pada permukaannya terdapat apolipoprotein A, B-48, C, dan E. Kilomikron akan masuk ke saluran limfe dan akhirnya melalui duktus toraksikus akan masuk ke dalam aliran darah. Trigliserid dalam kilomikron akan mengalami hidrolisis oleh enzim lipoprotein lipase yang berasal dari endotel menjadi asam lemak bebas dan kilomikron remnant. Asam lemak bebas ini akan menembus jaringan yang membutuhkan atau disimpan di jaringan adipose dalam bentuk trigliserid. Sedangkan kilomikron remnant akan menuju ke hati untuk dimetabolisme menghasilkan kolesterol bebas. Sebagian kolesterol akan dipakai hati untuk memproduksi asam empedu dan sisanya akan didistribusikan ke jaringan tubuh melalui jalur endogen.3,17,18
2) Jalur Endogen
Trigliserid dan kolesterol yang disintesis di hati akan disekresikanke dalam sirkulasi darah sebagai VLDL (Very Low Density Lipoprotein). VLDL memiliki apolipoprotein B-100, C, dan E. Dalam sirkulasi darah, VLDL akan mengalami hidrolisis oleh enzim lipoprotein lipase menjadi IDL (Intermediate Density Lipoprotein) dan trigliserid. IDL memiliki apolipoprotein B-100 dan E. Kemudian IDL juga akan mengalami hidrolisis oleh enzim lipoprotein lipase menjadi LDL (Low Density Lipoprotein) dan trigliserid. LDL memiliki apolipoprotein B dan E serta merupakan lipoprotein yang paling banyak mengandung kolesterol. Kolesterol ester dalam LDL akan dibawa ke hati dan jaringan steroidogenik seperti kelenjar adrenal, testis, dan ovarium yang memiliki reseptor kolesterol LDL. Sebagian kolesterol LDL akan mengalami oksidasi dan ditangkap oleh reseptor scavenger-A (SR-A) di makrofag menjadi sel busa (foam cell). Peningkatan jumlah kolesterol yang ditangkap makrofag dipengaruhi oleh : (1) meningkatnya jumlah small dense-LDL pada sindroma metabolik dan (2) menurunnya kadar kolesterol HDL yang memiliki sifat protektif oksidasi LDL.
3) Jalur Reverse Cholesterol Transport HDL (High Density Lipoprotein) nascent dilepaskan sebagai partikel kecil miskin kolesterol yang mengandung apolipoprotein A, C, dan E oleh usus halus dan hati. HDL nascent akan mendekati makrofag dan mengambil kolesterol sehingga menjadi HDL dewasa. Agar dapat diambil oleh HDL nascent, kolesterol di bagian dalam makrofag harus dibawa ke permukaan membran sel oleh suatu transporter yang disebut adenosine triphosphate-binding cassette transporter-1 (ABC-1). Protein transmembran ini menggunakan energi ATP untuk membawa berbagai substrat di intraselular dan ekstraselular membran. Setelah mengambil kolesterol bebas dari sel makrofag, kolesterol akan diesterifikasi oleh enzim lecithin cholesterol acyltransferase (LCAT).

Lemak
Lemak atau lipida terdiri dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Fungsi utama cadangan lemak dan minyak dalam biji-bijian adalah sebagai sumber energi. Cadangan ini merupakan salah-satu bentuk penyimpanan energi yang penting bagi pertumbuhan. Penguraian lemak secara kimiawi menghasilkan energi dalam jumlah yang lebih besar sekitar dua kali lipat dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari penguraian karbohidrat. (Estiti, 1995) Pada sel tumbuhan, cadangan lipid adalah asam lemak. Cadangan ini oleh lipase dihidrolisir menjadi gliserol dan asam lemak. Asam lemak ini dipakai dalam sintesis fosfolipid dan glikolipid yang diperlukan untuk pembentukan organel. Sebagian besar diubah menjadi gula dan diangkut untuk pertumbuhan kecambah.
*) Vakuola merupakan organel yang paling besar volumenya pada sel tumbuhan dewasa. Vakuola sering menempati lebih dari 90% volume protoplas, di mana sisa protoplas yaitu sitoplasma melekat pada dinding sebagai lapisan amat tipis. Tonoplas membatasi vakuola yang berisi cairan (larutan gula, garam, protein, alkaloid, dll.) serta zat ergastik (pati, protein, badan lipid dan berbagai kristal).

Jenis dan Sifat Asam Lemak
Asam lemak pada tumbuhan terdapat dalam bentuk senyawa-senyawa lipid. Senyawa yang termasuk lipid adalah lemak dan minyak, fosfolipid dan glikolipid, lilin dan berbagai komponen kutin dan suberin. Timbunan lemak pada biji terdapat dalam sitoplas dan juga pada koletidon atau endosperm yang dinamakan sferosom. Lemak dan minyak selalu disimpan dalam benda khusus di sitosol dan sering terdapat ratusan sampai ribuan benda di tiap sel penyimpan. Benda ini disebut benda lipid, sferosom dan oleosom. Sebutan oleosom lebih banyak digunakan untuk menyatakan benda yang mengandung minyak dan agar mudah membedakannya dengan peroksisom dan glioksisom. Sedangkan istilah sferosom telah lama digunakan untuk menerangkan organel yang mengandung sedikit lemak. Sferosom mempunyai membran tipis yang memisahkan trigliserid dari cairan sitoplas. Sebagian besar reaksi sintetis asam lemak terjadi di kloroplas daun serta di proplastid biji dan akar. Lemak yang disimpan dalam biji tidak diangkut dari daun, tetapi disintetis in situ dari sukrosa atau gula terangkut lainnya. Kalaupun daun memproduksi lemak dan minyak namun pemindahannya ke buah tidak dapat melalui floem dan xilem karena tidak larut dalam air. Secara kimiawi, senyawa lemak serupa dengan senyawa minyak. Keduanya terdiri dari asam lemak berantai panjang yang teresterifikasi oleh gugus karboksil tunggalnya menjadi hiroksil dari alkohol tiga karbon gliserol. Dengan tiga molekul asam lemak yang teresterifikasi maka lemak dan minyak sering disebut trigliseridaRumus umum lemak ditunjukkan pada Gambar 1. Sifat lemak umumnya ditentukan oleh jenis asam lemak yang dikandung-nya. Asam-asam lemak yang membentuk lemak biasanya berbeda, dan kadang dua di antaranya sama. Panjang rantai ketiga asam lemak hampir selalu sama dengan jumlah atom karbon genap sebanyak 16 dan 18. Jumlah atom karbon asam lemak biasanya paling rendah 12 dan paling banyak 20. Beberapa asam lemak termasuk asam lemak tidak jenuh karena mengandung ikatan rangkap.


Titik leleh lemak dan minyak tergantung pada jumlah ikatan rangkap yang
terkandung dalam tiap asam lemak. Pada setiap asam lemak minyak terdapat satu
sampai tiga ikatan rangkap sehingga minyak dengan titik leleh yang cukup rendah
membuatnya cair pada suhu kamar. Sedangkan lemak dengan titik leleh yang relatip
lebih tinggi pada umumnya berbentuk padat pada suhu kamar karena memiliki asam
lemak jenuh. (Salisbury dan Ross, 1995)


Asam lemak pada tanaman terdapat sangat bervariasi dengan berbagai gugus
asil, epoksi, hidroksi dan grup keton atau cincin cyclopropen dan cyclopenten. Asam
lemak yang memiliki ikatan rangkap pada rantai hidrokarbonnya memiliki struktur
isomer cis dan trans ditunjukkan pada contoh di bawah ini. Kebanyakan asam lemak
tidak jenuh memiliki struktur isomer cis yang kurang stabil daripada struktur isomer
trans yang lebih stabil (Conn, 1987)

Biosintesis Asam Lemak
Pengubahan karbohidrat menjadi lemak memerlukan produksi asam lemakdan gliserol sebagai rangka sehingga asam teresterifikasi. Asam lemak dibentuk oleh kondensasi berganda unit asetat dari asetil CoA. Sebagian besar reaksi sintetis asam lemak terjadi hanya di kloroplas daun serta di proplastid biji dan akar. Asam lemak yang disintesis di kedua organel ini terutama adalah asam palmitat dan asam oleat. Asetil CoA yang digunakan untuk membentuk lemak di kloroplas sering dihasilkan oleh piruvat dehidrogenase dengan menggunakan piruvat yang dibentuk pada glikolisis di sitosol. Sumber lain asetil CoA pada kloroplas beberapa tumbuhan adalah asetat bebas dari mikotondria. Asetat ini diserap oleh plastid dan diubah menjadi asetil CoA, untuk digunakan membentuk asam lemak dan lipid lainnya. (Salisbury dan Ross, 1995)
Rangkuman reaksi sintetis asam lemak dengan contoh asam palmitat dapat diberikan sebagai berikut.
8 asetil CoA+7ATP3+14 NADPH+14 H+ ! palmitil CoA + 7 CoA
+ 7 ADP2- + 7 H2PO4- + 14 NADP+ + 7 H2O
Pada reaksi sintesa asam lemak, enzim CoA dan protein pembawa asil (ACP) mempunyai peranan penting. Enzim-enzim ini berperan membentuk rantai asam lemak dengan menggabungkan secara bertahap satu gugus asetil turunan dari asetat dalam bentuk asetil CoA dengan sebanyak n gugus malonil turunan dari malonat dalam bentuk malonil CoA, seperti ditunjukkan pada reaksi berikut. (Weete, 1980)

Acetil CoA + n Malonil CoA + 2n ADPH + 2n H+ ! CH3(CH2-CH2)n CO CoA
+ n CO2 + n CoASH + 2n NADP+ + (n-1) H2O
Sintesa asam lemak berlangsung bertahap dengan siklus reaksi perpanjangan rantai asam lemak hingga membentuk rantai komplit C16 dan C18. Tahapan reaksi ini dapat ditunjukkan dalam bentuk lintasan biosintesis pada Gambar 2.

Bahan utama yang digunakan pada biosintesis asam lemak adalah senyawa asetil CoA dan senyawa malonil CoA. Malonil CoA disintesis dari asetil CoA dengan penambahan CO2 oleh asetil CoA karboksilase Reaksi pertama pada biosintesis asam lemak adalah pemindahan gugus asetil dan gugus malonil dari CoA ke ACP dengan katalis asetil-CoA; ACP transilase dan malonil-CoA;ACP transilase. Reaksi berikutnya adalah pengkondensasian gugus malonil membentuk asetoasetil-ACP dengan melepaskan CO2. Setelah penkondensasian asetil dengan malonil, tahapan selanjutnya terdiri dari urutan reaksi reduksi dengan katalis 3-ketoasil ACP reduktase, reaksi dehidrasi dengan katalis 3-hidroksi ACP dehidrase, dan reaksi reduksi dengan katalis enoil ACP reduktase. Urutan reaksi-reaksi ini merupakan siklus lintasan pembentukan dan penambahan panjang rantai asam lemak. Hasil sintesa dari urutan reaksi ini adalah molekul asam lemak yang terikat dengan ACP. Hasil sintesa awal adalah asam lemak rendah dengan jumlah atom karbon sebanyak 4. Hasil sintesis ini selanjutnya kembali memasuki siklus ‘kondensasireduksi- dehidrase-reduksi’ untuk menambah panjang rantai asam lemak dengan 2 atom karbon. Bila panjang rantai molekul asam lemak hasil sintesis belum cukup, sintesis lanjut berlangsung kembali melalui siklus yang sama. Hasil sintesis asam lemak terdapat terikat dengan ACP dan CoA. Kemudian CoA akan terhidrolisis dan keluar bila asam lemak bergabung dengan gliserol selama pembentukan lemak atau lipid membran sebagai berikut .



ada reaksi pembentukan asam lemak dibutuhkan banyak energi, di mana dua pasang elektron (2NADPH) dan satu ATP diperlukan untuk tiap gugus asetil. Kebutuhan energi ini di daun dapat tersedia d ari fotosintesis yang menyediakan sebagian besar NADPH dan ATP sehingga pembentukan asam lemak pada keadaan terang dapat berlangsung lebih cepat daripada pembentukan pada keadaan gelap. Pada tempat gelap di proplastid biji dan akar, NADPH dapat tersedia dari lintasan respirasi pentosa fosfat, dan ATP dari glikolisis piruvat yang merupakan senyawa asal dari asetil CoA. Lintasan pembentukan asam lemak dari piruvat melalui tahapan pembentukan asetil CoA dan malonil CoA pada plastid disajikan pada Gambar 3. Sebagian besar asam lemak terbentuk di ER walaupun asam oleat dan asam palmitat dibentuk di plastid. Asam lemak yang disintesis di proplastid biji dan akar terutama adalah asam palmitat dan asam oleat. Pd ada biji, asam lemak yang diproduksi dapat langsung diesterifikasi dengan gliserol membentuk oleosom. Kemungkinan lainnya ialah asam lemak diangkut balik ke proplastid untuk membentuk oleosom. Asam lemak dapat diubah menjadi fosfolipid di ER semua sel sebagai bahan untuk pertumbuhan membran ER dan membran sel lainnya. Di ER pada daun, asam linoleat dan asam linolenat yang disintesis kemudian diangkut dari ER ke kloroplas dan ditimbun sebagai lipid di membran tilakoid. Pada berbagai tumbuhan, timbunan lemak terdapat beragam sesuai dengan lingkungannya, terutama dengan suhu sebagai faktor pengendali utama. Pada suhu rendah, asam lemak cenderung lebih tidak jenuh dibandingkan pada suhu tinggi sehingga membran lebih cair dan membentuk oleosom. Kecenderungan ini dapat dijelaskan dengan peningkatan kelarutan oksigen di air sejalan dengan turunnya suhu. Hal ini akan menyediakan O2 sebagai penerima esensial atom hidrogen bagi proses ketidakjenuhan di ER sehingga menyebabkan lebih banyak asam lemak tidak jenuh.

Pertanyaan :
1. mengapa lipid sukar larut dalam air?