Asam lemak adalah sumber energi utama dan komponen kunci membran sel. Metabolismenya melibatkan dua jalur yang berlawanan: beta-oksidasi, yang memecahnya menjadi energi, dan lipogenesis, yang membangunnya untuk disimpan.
Oksidasi Asam Lemak (Beta-Oksidasi)
Aktivasi
Asam lemak diaktifkan di sitoplasma melalui perlekatan pada koenzim A, membentuk asil-KoA lemak. Reaksi ini mengkonsumsi ATP. Asil-KoA lemak kemudian diangkut ke mitokondria melalui pesawat ulang-alik karnitin.
Siklus Beta-Oksidasi
Di dalam matriks mitokondria, asil-KoA lemak mengalami siklus berulang dari empat reaksi: oksidasi oleh asil-KoA dehidrogenase (menghasilkan FADH2), hidrasi oleh enoil-KoA hidratase, oksidasi oleh beta-hidroksiasil-KoA dehidrogenase (menghasilkan NADH), dan tiolisis oleh tiolase (menghasilkan asetil-KoA dan asil-KoA lemak yang diperpendek).
Hasil Energi
Setiap siklus menghilangkan dua atom karbon sebagai asetil-KoA. Molekul palmitat 16 karbon mengalami tujuh siklus, menghasilkan 8 asetil-KoA, 7 FADH2, dan 7 NADH. Asetil-KoA kemudian memasuki siklus asam sitrat untuk produksi energi lebih lanjut.
Sintesis Asam Lemak (Lipogenesis)
Jemput Sitrat
Ketika energi melimpah, kelebihan asetil-KoA di mitokondria diekspor ke sitoplasma melalui jalur sitrat. Sitrat dibelah oleh ATP-sitrat lyase untuk menghasilkan asetil-KoA dan oksaloasetat.
Formasi Malonil-KoA
Asetil-KoA karboksilase mengubah asetil-KoA menjadi malonil-KoA, langkah utama sintesis asam lemak. Enzim ini diaktifkan oleh insulin dan sitrat dan dihambat oleh palmitoyl-CoA.
Siklus Pemanjangan
Sintase asam lemak, enzim multifungsi yang besar, melakukan siklus kondensasi, reduksi, dehidrasi, dan reduksi yang berulang. Setiap siklus menambahkan dua atom karbon. Prosesnya membutuhkan NADPH dan menghasilkan palmitat (16:0) sebagai produk utama.
Peraturan
Oksidasi dan sintesis asam lemak diatur secara timbal balik. Ketika energi rendah, AMPK mengaktifkan oksidasi dan menghambat sintesis. Ketika energi berlimpah, insulin mengaktifkan sintesis dan menghambat oksidasi.
Uji Oksidasi Asam Lemak Praktis
Isolasi mitokondria dari hati segar atau jaringan jantung dengan sentrifugasi diferensial - homogenkan 200 mg jaringan dalam buffer isolasi dingin (250 mM sukrosa, 10 mM Tris-HCl pH 7,4, 1 mM EGTA), sentrifugasi pada 600 × g selama 10 menit untuk menghilangkan inti dan serpihan, kemudian sentrifugasi supernatan pada 10.000 × g selama 10 menit untuk membuat pelet mitokondria. Suspensikan kembali pelet mitokondria dalam buffer pengujian (100 mM KCl, 10 mM Tris-HCl pH 7,4, 5 mM MgCl2, 1 mM ATP, 0,1% BSA). Ukur oksidasi asam lemak dengan memantau konsumsi oksigen menggunakan elektroda oksigen tipe Clark atau Seahorse XF Analyzer. Tambahkan 0,5–1 mg protein mitokondria ke 0,5 mL buffer pengujian yang mengandung 50 µM palmitoyl-CoA, 2 mM L-karnitin, dan 1 mM malat. Catat tingkat konsumsi oksigen (OCR) selama 10 menit. Basal OCR mencerminkan oksidasi substrat endogen. Oksidasi asam lemak spesifik dikonfirmasi dengan menambahkan 50 µM etomoxir, suatu penghambat ireversibel karnitin palmitoyltransferase I (CPT1) — penurunan OCR yang signifikan (>50%) menegaskan bahwa respirasi yang diukur didorong oleh oksidasi asam lemak. Untuk oksidasi asam lemak seluler, inkubasi sel utuh dengan asam palmitat [9,10-³H] (0,5 µCi/mL) selama 2 jam, kemudian ukur ³H2O yang dilepaskan ke dalam media dengan melewatkannya melalui kolom penukar ion (3H2O mengalir sementara palmitat tertahan). Hitung aliran melalui kilau cair.
Aplikasi Dunia Nyata
Dalam model tikus penyakit hati berlemak non-alkohol (NAFLD), oksidasi asam lemak hati diukur dalam mitokondria terisolasi menggunakan palmitoyl-CoA sebagai substrat. OCR berkurang 30% dibandingkan dengan tikus kontrol, menunjukkan gangguan β-oksidasi. Pengobatan dengan agonis PPARα (fenofibrate, 100 mg/kg/hari selama 4 minggu) mengembalikan laju oksidasi ke tingkat yang terkendali, mengurangi steatosis hati. Pengukuran ini secara langsung menghubungkan disfungsi mitokondria dengan akumulasi lemak di hati.
