Biosintesis Asam Lemak: Fungal Fatty Acid Synthase (FAS)

 

I.            Asam Lemak

Asam lemak adalah rantai hidrokarbon alifatik panjang yang memiliki gugus asam karboksilat. Panjang  rantai hidrokarbon asam lemak bervariasi dari 10 sampai 30 karbon. Rantai hidrokarbon ini bersifat nonpolar yang berfungsi untuk menyeimbangkan gugus asam karboksilat yang bersifat polar. Rantai hidrokarbon asam lemak biasanya berjumlah genap karena berkaitan denga tambahan dua karbon dari aseteil-CoA saat biosintesis asam lemak. Asam lemak dalam makhluk hidup berasal dari hidrolisis ikatan ester yang berasal dari lemak atau minyak, misalnya trigliserida.

Berdasarkan struktur rantai hidrokarbon, asam lemak terdiri dari asam lemak jenuh (saturated) dan asam lemak tak jenuh (unsaturated) (gambar I.1). Asam lemak jenuh, misalnya asam stearat, mempunyai rantai hidrokarbon yang lurus dan berikatan tunggal sedangkan asam lemak tak jenuh, misalnya asam linoleat, memiliki struktur rantai hidrokarbon yang bengkok dan memiliki ikatan rangkap. Karena struktur asam lemak jenuh lurus maka tipe asam lemak ini biasanya tersusun secara teratur satu sama lain, berwujud padat, dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi. Berbeda dengan tipe asam lemak jenuh, tipe asam lemak tak jenuh mempunyai titik leleh yang lebih rendah, berwujud cair, karena memiliki struktur yang tidak teratur.

 

Gambar I.1 Struktur asam lemak jenuh dan tak jenuh

Fungsi asam lemak di dalam organisme adalah sebagai tempat penyimpanan energi, pembentuk komponen struktur pada membran lipid, dan komponen postranslasi pada sebagian protein yang berfungsi sebagai enzim.

 

II.            Fatty Acid Synthase (FAS)

Di dalam organisme asam lemak disintesis oleh mesin molekul yang sangat mengagumkan, yaitu enzim fatty acid synthase (FAS). FAS merupakan multienzim karena memiliki tujuh enzim yang mempunyai fungsi berbeda membentuk kompleks fatty acid synthase (gambar II.1).

 

Gambar II.1 Enzim penyusun kompleks FAS

 

Enzim Fungsi
Acyl carrier protein (ACP)

Acetyl-CoA–ACP transacetylase (AT)

Ketoacyl-ACP synthase (KS)

Malonyl-CoA–ACP transferase (MT)

Ketoacyl-ACP reductase (KR)

Hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD)

Enoyl-ACP reductase (ER)

Membawa gugus asil melalui ikatan tioester

Mentransfer gugus asil dari CoA menuju KS

Melakukan reaksi kondensasi malonil dan CoA

Mentransfer malonil dari CoA ke ACP

Mereduksi gugus β-keto menjadi β-hidroksi

Menghilangkan air dari β-hidroksi-ACP

Mereduksi ikatan rangkap membentuk asil-ACP jenuh

 

Ketujuh enzim yang membangun kompleks FAS  meiliki sistem arsitektur molekul yang berbeda-beda pada masing-masing organisme (gambar II.2). Pada bakteri dan tanaman ketujuh enzim ini masing-masing dikode oleh gen yang berbeda sehingga terdiri dari tujuh polipeptida yang mempunyai tujuh aktifitas katalisis. Pada jamur dan ragi, enzim FAS terdiri atas dua polipeptida terpisah yang memiliki tujuh aktifitas katalisis. Sedangkan pada vertebrata, struktur FAS terdiri dari satu polipeptida panjang yang mempunyai tujuh aktifitas katalisis.

(i) tanaman, bakteri                           (ii) fungi, ragi                                                 (iii) vertebrata

 

Gambar II.2 Perbandingan arsitektur molekul FAS pada tanaman, bakteri, jamur, ragi dan vertebrata

 

Berdasarkan struktur enzimnya maka FAS diklasifikasikan menjadi dua sistem, yaitu FAS tipe I dan FAS tipe II. FAS tipe I terdiri dari satu atau dua polipeptida yang memiliki tujuh aktifitas enzim, misalnya terdapat pada fungi, ragi dan vertebrata. Sedangkan pada tumbuhan dan bakteri polipeptidanya terpisah sehingga digolongkan FAS tipe II.

 

III.            Biosintesis Asam Lemak

Pada biosintesis asam lemak diperlukan tiga karbon intermediet, yaitu malonil CoA. Pembentukan malonil-CoA berasal dari asetil-CoA dan bikarbonat yang dikatalisis oleh enzim asetil-CoA karboksilase.

Sintesis asam lemak (gambar III.1) dimulai dengan transfer asetil-CoA pada gugus cys-SH enzim ketoacyl-ACP synthase (KS). Proses transfer ini dikatalisis oleh enzim acetyl-CoA–ACP transacetylase (AT). Sedangkan malonil CoA ditransfer pada gugus ser-SH acyl carrier protein (ACP) melalui ikatan kovalen tioester.  Proses transfer ini dikatalisis olehe enzim malonyl-CoA–ACP transferase (MT). ACP adalah molekul protein kecil yang memiliki gugus prostetik 4’-phosphopantetheine dan terdapat  gugus tiol (SH) pada ujungnya. Gugus prostetik 4’-phosphopantetheine pada ACP memiliki lengan yang lentur sehingga memudahkan asam lemak intermediet berinteraksi dengan gugus asil ketika terjadi perpanjangan rantai asam lemak.

Selanjutnya, gugus malonil dan gugus asil yang teraktifasi melakukan reaksi kondensasi menghasilkan satu molekul CO2 dan acetoacetyl-ACP. Reaksi kondensasi ini dikatalisis oleh enzim  ketoacyl-ACP synthase (KS).

Acetoacetyl-ACP yang terbentuk pada tahap kondensasi kemudian mengalami reaksi reduksi gugus karbonil pada karbon C-3 membentuk  D-β-hydroxybutyryl-ACP.  Reaksi ini dikatalis oleh

ketoacyl-ACP reductase (KR), dan yang berperan sebagai donor elektron adalah NADPH.

Tahap selanjutnya adalah reaksi dehidrasi. Pada tahap ini satu molekul air dilepaskan dari karbon C-2 dan C-3 D-β-hydroxybutyryl-ACP membentuk ikatan ganda pada produknya trans-Δ2– butenoyl-ACP. Enzim yang mengkatalis reaksi dehidrasi adalah hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD).

Tahap terakhir biosintesis asam lemak adalah reaksi reduksi ikatan ganda trans-Δ2– butenoyl-ACP membentuk butyryl-ACP. Reaksi reduksi ini dikatalisis oleh enzim enoyl-ACP reductase (ER). NADPH berperan sebagai donor elektron pada reaksi reduksi ini.

Keempat reaksi pada biosintesis asam lemak ini terus diulang-ulang sebanyak tujuh kali hingga mencapai jumlah karbon sekitar enam belas (asam palmitat), Sampai saat ini masih belum jelas diketahui kenapa biosintesis asam lemak berakhir sampai dengan 16 karbon. Reaksi keseluruhan biosintesis asam lemak dari asetil-CoA membentuk asam palmitat adalah

Acetyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14NADPH + 14H+ asam palmitat + 7CO           +  8 CoA + 14NADP+ + 6H2O

 

 

 

Gambar III.1 Biosintesis asam lemak

IV.            Struktur FAS Jamur

Struktur FAS jamur memiliki dua rantai, yaitu rantai α dan β (gambar IV.1). Rantai α terdiri atas enzim AT, ER, HD dan MP sedangkan domain β terdiri atas enzim KR, KS dan ACP. Rantai α tersusun atas 2080 residu asam amino dengan ukuran sekitar 231,8 kDa dan rantai β tersusun atas 1878 residu asam amino dengan ukuran sekitar 206,7 kDa.

 

Gambar IV.1 Struktur rantai α dan β  fatty acid synthase (FAS) jamur

Enzim FAS yang diisolasi dari fungi Thermomyces lanuginosus merupakan enzim FAS tipe I. Enzim  ini memiliki struktur raksasa α6β6 heterododekamerik dengan ukuran sekitar 2,6 megadalton. Dari gambar IV.2 terlihat bahwa struktur rantai alfa terdapat di tengah-tengah yang diapit oleh rantai beta. Tiga buah rantai beta terdapat di bagian atas dan tiga buah rantai beta sisanya terdapat di bawah sedangkan enam buah rantai alfa terdapat ditengah-tengah dari struktur 3D enzim FAS fungi. Struktur seperti ini memudahkan substrat yang dibawa oleh ACP untuk dikatalisis oleh ke enam enzim yang lain dalam biosintesis asam lemak.

 

Gambar IV.2 Struktur 3D fungal fatty acid synthase (FAS)

V.            Inhibitor FAS

Inhibitor enzim FAS berfungsi untuk menghambat biosintesis asam lemak. Inhibitor ini banyak digunakan sebagai anti-bakteri dan anti-fungi. Biosintesis asam lemak adalah target yang sangat cocok untuk pengembangan obat anti-bakteri dan anti-fungi. Hal ini berkaitan dengan terhambatnya biosintesis asam lemak yang sangat penting pada proses metabolisme bakteri dan jamur.

Beberapa senyawa alami dan buatan digunakan sebagai inhibitor FAS bakteri, diantaranya isoniazid yang digunakan sebagai obat anti-tuberkolosis, triklosan dan diazobarin yang diguanakan sebagai anti-mikroba. Mekanisme inhibisi isoniazid adalah dengan membentuk ikatan kovalen pada C-4 cincin nikotinamida enzim ER.  Triklosan dan diazobarin mempunyai mekanisme inhibisi yang sama yaitu berinteraksi dengan 2 hidroksi ribosa kofaktor NADPH enzim ER. Bedanya diazobarin membentuk ikatan kovalen dengan cincin nikotinamida sedangkan triklosan hanya membentuk ikatan nonkovalen.

Beberapa senyawa yang digunakan sebagai anti-jamur diantaranya cerulenin, platenimisin dan thiolaktomisin. Ceruleinin menginhibisi tahap reaksi ping enzim KS dengan cara membentuk ikatan kovalen dengan cys-1305 sedangkan platenimisin dan thiolaktomisin menginhibisi tahap reaksi pong enzim  KS (gambar V.1)

 

Gambar V.1 Inhibitor FAS

VI.            Referensi

Heath R.J., White S.W., Rock C.O., (2002) Inhibitors of fatty acid synthesis as antimicrobial chemotherapeutics. Appl Microbiol Biotechnol 58:695–703.

Jenni, S. et.al., (2007) Structure of fungal fatty acid synthase and implications for iterative substrate shuttling. Science 254:316.

Nelson, D.L., Cox, M.M., Lehninger principles of biochemistry, 4th Ed. Pg. 787-794.



Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s