Metabolisme lipid adalah sintesis dan degradasi lipid dalam sel, yang melibatkan pemecahan atau penyimpanan lemak untuk energi. Lemak ini diperoleh dari mengonsumsi makanan dan menyerapnya atau disintesis oleh hati hewan. Lipogenesis adalah proses mensintesis lemak ini. Mayoritas lipid yang ditemukan dalam tubuh manusia dari makanan adalah trigliserida dan kolesterol. Jenis lipid lain yang ditemukan dalam tubuh adalah asam lemak dan lipid membran. Metabolisme lipid sering dianggap sebagai proses pencernaan dan penyerapan lemak makanan; namun, ada dua cara organisme dapat menggunakan lemak untuk mendapatkan energi yaitu lemak yang dikonsumsi dan lemak penyimpanan.Vertebrata dan manusia menggunakan kedua metode penggunaan lemak sebagai sumber energi untuk organ seperti jantung supaya tetap berfungsi. Karena lipid adalah molekul hidrofobik, lipid perlu dilarutkan sebelum metabolisme dimulai. Metabolisme lipid sering dimulai dengan hidrolisis, yang terjadi dengan bantuan berbagai enzim dalam sistem pencernaan. Metabolisme lipid terjadi juga pada tumbuhan, meskipun prosesnya berbeda dibandingkan dengan hewan. Langkah kedua setelah hidrolisis adalah penyerapan asam lemak ke dalam sel epitel dinding usus. Dalam sel epitel, asam lemak dikemas dan diangkut ke seluruh tubuh.
Pencernaan lemak
Pencernaan adalah langkah pertama untuk metabolisme lipid, dan langkah itu adalah proses memecah trigliserida menjadi unit monogliserida yang lebih kecil dengan bantuan enzim lipase. Pencernaan lemak dimulai di mulut melalui pencernaan kimiawi oleh lipase lingual. Kolesterol yang dicerna tidak dipecah oleh lipase dan tetap utuh sampai memasuki sel epitel usus halus. Lipid kemudian berlanjut ke lambung, tempat pencernaan kimiawi dilanjutkan oleh lipase lambung dan pencernaan mekanis dimulai (peristalsis). Namun, sebagian besar pencernaan dan penyerapan lipid terjadi setelah lemak mencapai usus halus. Bahan kimia dari pankreas (famili lipase pankreas dan lipase yang bergantung pada garam empedu) disekresikan ke usus halus untuk membantu memecah trigliserida, bersamaan dengan pencernaan mekanik lebih lanjut, hingga masing-masing merupakan unit asam lemak individu yang dapat diserap ke dalam sel epitel usus halus. Enzim ini adalah lipase pankreas yang bertanggung jawab untuk pensinyalan hidrolisis trigliserida menjadi unit asam lemak dan gliserol yang terpisah.
Penyerapan lipida
Langkah kedua dalam metabolisme lipid adalah penyerapan lemak. Penyerapan lemak hanya terjadi di usus halus. Setelah trigliserida dipecah menjadi asam lemak individu dan gliserol, bersama dengan kolesterol, mereka akan bergabung menjadi struktur yang disebut misel. Asam lemak dan monogliserida meninggalkan misel dan berdifusi melintasi membran untuk memasuki sel epitel usus. Dalam sitosol sel epitel, asam lemak dan monogliserida direkombinasi kembali menjadi trigliserida. Dalam sitosol sel epitel, trigliserida dan kolesterol dikemas menjadi partikel yang lebih besar yang disebut kilomikron yang merupakan struktur amfifatik yang mengangkut lemak yang dicerna. Kilomikron akan melakukan perjalanan melalui aliran darah untuk memasuki adiposa dan jaringan lain dalam tubuh.
Pengangkutan lipid
Karena sifat hidrofobik dari lipid membran, trigliserida dan kolesterol, mereka memerlukan protein transpor khusus yang dikenal sebagai lipoprotein. Struktur amfifatik lipoprotein memungkinkan trigliserol dan kolesterol diangkut melalui darah. Kilomikron adalah salah satu sub-kelompok lipoprotein yang membawa lemak yang dicerna dari usus halus ke seluruh tubuh. Kerapatan yang bervariasi antara jenis lipoprotein adalah karakteristik dari jenis lemak yang mereka bawa. Sebagai contoh, lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL) membawa trigliserida yang disintesis oleh tubuh kita dan lipoprotein densitas rendah (LDL) mengangkut kolesterol ke jaringan perifer kita. Sejumlah lipoprotein ini disintesis di hati, tetapi tidak semuanya berasal dari organ ini.
Katabolisme lipid
Setelah kilomikron (atau lipoprotein lain) mencapai jaringan, partikel-partikel ini akan dipecah oleh lipoprotein lipase di permukaan luminal sel endotelial dalam kapiler untuk melepaskan trigliserida. Trigliserida akan dipecah menjadi asam lemak dan gliserol sebelum memasuki sel dan kolesterol yang tersisa akan kembali mengalir melalui darah ke hati.
Dalam sitosol sel (misalnya sel otot), gliserol akan dikonversi menjadi gliseraldehida 3-fosfat, yang merupakan perantara dalam glikolisis, untuk mendapatkan oksidasi lebih lanjut dan menghasilkan energi. Namun, langkah utama katabolisme asam lemak terjadi di mitokondria. Asam lemak rantai panjang (lebih dari 14 karbon) perlu dikonversi menjadi Asil-KoA agar dapat melewati membran mitokondria. Katabolisme asam lemak dimulai dalam sitoplasma sel ketika asil-KoA sintetase menggunakan energi dari pembelahan ATP untuk mengkatalisasi penambahan koenzim A ke asam lemak. Asil-KoA yang dihasilkan melintasi membran mitokondria dan memasuki proses oksidasi beta. Produk utama jalur oksidasi beta adalah asetil-KoA (yang digunakan dalam siklus asam sitrat untuk menghasilkan energi), NADH, dan FADH. Proses oksidasi beta membutuhkan enzim berikut: asil KoA dehidrogenase, enoil-KoA hidratase, 3-hidroksasil-KoA dehidrogenase, dan 3-ketoasil-KoA tiolase. Diagram di sebelah kanan menunjukkan bagaimana asam lemak diubah menjadi asetil-KoA. Reaksi bersih keseluruhan, menggunakan palmitoil KoA (16: 0) sebagai model substrat adalah:
- 7 FAD + 7 NAD + + 7 COASH + 7 H 2 O + H (CH 2 CH 2 ) 7 CH 2 CO-SCoA → 8 CH 3 CO-SCoA + 7 FADH 2 + 7 NADH + 7 H +
Biosintesis lipid
Selain lemak makanan, penyimpanan lemak yang disimpan dalam jaringan adiposa adalah salah satu sumber energi utama bagi organisme hidup.Triasilgliserol, membran lipid dan kolesterol dapat disintesis oleh organisme melalui berbagai jalur.
Biosintesis lipid membran
Ada dua kelas utama lipid membran: gliserofosfolipid dan sfingolipid. Meskipun banyak lipid membran berbeda disintesis dalam tubuh kita, jalur berbagi pola yang sama. Langkah pertama adalah mensintesis tulang belakang (sfingosin atau gliserol), langkah kedua adalah penambahan asam lemak ke tulang belakang untuk membuat asam fosfatidat. Asam fosfatidat selanjutnya dimodifikasi dengan perlekatan kelompok kepala hidrofilik yang berbeda ke tulang punggung. Biosintesis lipid membran terjadi pada membran retikulum endoplasma.
Biosintesis trigliserida
Asam fosfatidat juga merupakan prekursor untuk biosintesis trigliserida. Asam fosfatidat fosfotase mengkatalisis konversi asam fosfatidat menjadi diasilgliserida, yang akan dikonversi menjadi triasilgliserida oleh asiltransferase. Biosintesis trigliserida terjadi dalam sitosol.
Biosintesis asam lemak
Prekursor untuk asam lemak adalah asetil KoA dan terjadi di sitosol sel Reaksi bersih keseluruhan, menggunakan palmitat (16:0) sebagai model substrat adalah:
8 Asetil-koA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H + → palmitat + 14 NADP + + 6H2O + 7ADP + 7P¡
Biosintesis kolesterol
Kolesterol dapat dibuat dari asetil-KoA melalui jalur beberapa langkah yang dikenal sebagai jalur isoprenoid. Kolesterol sangat penting karena mereka dapat dimodifikasi untuk membentuk berbagai hormon dalam tubuh seperti progesteron. Sebanyak 70% biosintesis kolesterol terjadi di sitosol sel hati.
Gangguan metabolisme lipid
Gangguan metabolisme lipid adalah penyakit di mana masalah terjadi dalam menghancurkan atau mensintesis lemak (atau zat seperti lemak). Gangguan metabolisme lipid dikaitkan dengan peningkatan konsentrasi lipid plasma dalam darah seperti kolesterol LDL, VLDL, dan trigliserida yang paling sering menyebabkan penyakit kardiovaskular. Sebagian besar waktu gangguan ini turun temurun, yang berarti itu adalah kondisi yang diturunkan dari orang tua ke anak melalui gen mereka. Penyakit Gaucher (tipe I, II, dan III), penyakit Niemann-Pick, penyakit Tay-Sachs, dan penyakit Fabry adalah semua penyakit di mana mereka yang menderita dapat memiliki gangguan metabolisme lipid tubuh mereka. Penyakit yang lebih jarang mengenai gangguan metabolisme lipid adalah sitosterolemia, Penyakit Wolman, penyakit Refsum, dan xanthomatosis serebrotendinous.