Metabolisme lipid

Pencernaan ialah langkah pertama metabolisme lipid, dan ia merupakan proses memecahkan trigliserida menjadi unit monogliserida yang lebih kecil dengan bantuan enzim lipase. Pencernaan lemak bermula di dalam mulut melalui pencernaan kimia oleh lipase lingual. Kolesterol yang ditelan tidak dipecahkan oleh lipase dan kekal utuh sehingga ia memasuki sel epitelium usus kecil. Lipid kemudiannya terus ke perut di mana pencernaan kimia diteruskan oleh lipase gastrik, dan pencernaan mekanikal bermula (peristalsis). Majoriti pencernaan dan penyerapan lipid, bagaimanapun, berlaku sebaik sahaja lemak mencapai usus kecil. Bahan kimia daripada pankreas (keluarga lipase pankreas dan lipase bergantung kepada garam hempedu) dirembeskan ke dalam usus kecil untuk membantu memecahkan trigliserida^[9] bersama-sama dengan penghadaman mekanikal selanjutnya sehingga ia menjadi unit asid lemak individu yang boleh diserap ke dalam sel epitelium usus kecil.^[10] Lipase pankreas bertanggungjawab untuk memberi isyarat bagi hidrolisis trigliserida menjadi asid lemak bebas dan unit gliserol yang berasingan.

Langkah kedua dalam metabolisme lipid ialah penyerapan lemak. Asid lemak rantai pendek boleh diserap dalam perut, manakala kebanyakan penyerapan lemak hanya berlaku di dalam usus kecil. Sebaik sahaja trigliserida dipecahkan kepada asid lemak dan gliserol individu, bersama-sama dengan kolesterol, ia akan terkumpul menjadi struktur yang dipanggil misel. Asid lemak dan monogliserida meninggalkan misel dan meresap merentasi membran untuk memasuki epitelium usus. Dalam sitosol sel epitelium, asid lemak dan monogliserida digabungkan semula menjadi trigliserida. Dalam sitosol sel epitelium, trigliserida dan kolesterol dibungkus menjadi zarah yang lebih besar dipanggil kilomikron, struktur amfifatik yang mengangkut lipid tercerna.^[8] Kilomikron akan bergerak melalui aliran darah untuk memasuki adipos dan tisu lain dalam badan.^[5][2]

Disebabkan sifat hidrofobik lipid membran, trigliserida dan kolesterol, ia memerlukan protein pengangkutan khas yang dikenali sebagai lipoprotein.^[1] Sifat amfifatik lipoprotein membolehkan trigliserida dan kolesterol diangkut melalui darah. Kilomikron ialah satu subkumpulan lipoprotein yang membawa lipid yang dicerna dari usus kecil ke seluruh badan. Ketumpatan yang berbeza-beza antara jenis lipoprotein ialah ciri kepada jenis lemak yang diangkut.^[11] Contohnya, lipoprotein berketumpatan sangat rendah (VLDL) membawa trigliserida yang disintesis oleh badan, dan lipoprotein ketumpatan rendah (LDL) mengangkut kolesterol ke tisu periferi.^[5][1] Sebilangan lipoprotein ini disintesis dalam hati, tetapi tidak semuanya berasal dari organ ini.^[1]

Lipid disimpan dalam tisu adipos putih sebagai trigliserida. Dalam manusia dewasa muda yang kurus, jisim trigliserida yang disimpan mewakili kira-kira 10-20 kilogram. Trigliserida terbentuk daripada tulang belakang gliserol dengan tiga asid lemak. Asid lemak bebas diaktifkan menjadi asil-KoA dan diesterkan sehingga membentuk titisan trigliserida. Lipoprotein lipase mempunyai peranan penting.^[12]

Sebaik sahaja kilomikron (atau lipoprotein lain) bergerak melalui tisu, zarah ini akan dipecahkan oleh lipoprotein lipase dalam permukaan luminal endotelium dalam kapilari untuk membebaskan trigliserida.^[13] Trigliserida akan dipecahkan kepada asid lemak dan gliserol sebelum memasuki sel dan baki kolesterol akan kembali melalui darah ke hati.^[14]

Dalam sitosol sel (contohnya sel otot), gliserol akan ditukar kepada gliseraldehid 3-fosfat, molekul perantara glikolisis, untuk terus dioksidakan dan menghasilkan tenaga. Walau bagaimanapun, langkah utama katabolisme asid lemak berlaku dalam mitokondria.^[15] Asid lemak rantai panjang (lebih daripada 14 karbon) perlu ditukar kepada asil-KoA lemak untuk merentas membran mitokondria.^[5] Katabolisme asid lemak bermula dalam sitoplasma epitelium kerana asil-KoA sintetase menggunakan tenaga daripada pembelahan ATP untuk memangkinkan penambahan koenzim A kepada asid lemak.^[5] Asil-KoA yang terhasil merentasi membran mitokondria dan memasuki proses pengoksidaan beta. Produk utama laluan pengoksidaan beta ialah asetil-KoA (yang digunakan dalam kitaran asid sitrik untuk menghasilkan tenaga), NADH dan FADH.^[15] Proses pengoksidaan beta memerlukan enzim berikut: asil-KoA dehidrogenase, enoil-KoA hidratase, 3-hidroksiasil-KoA dehidrogenase, dan 3-ketoasil-KoA tiolase.^[14] Rajah di sebelah kiri menunjukkan bagaimana asid lemak ditukar kepada asetil-KoA. Tindak balas bersih keseluruhan, menggunakan palmitoil-KoA (16:0) sebagai substrat model ialah:

7 FAD + 7 NAD⁺ + 7 KoASH + 7 H₂O + H(CH₂CH₂)₇CH₂CO-SKoA → 8 CH₃CO-SKoA + 7 FADH₂ + 7 NADH + 7 H⁺

Sebagai tambahan kepada lemak pemakanan, lipid simpanan yang disimpan dalam tisu adipos merupakan salah satu sumber tenaga utama organisma hidup.^[16] Triasilgliserol, membran lipid dan kolesterol boleh disintesis oleh organisma melalui pelbagai laluan.

Terdapat dua kelas utama lipid membran: gliserofosfolipid dan sfingolipid. Walaupun banyak lipid membran yang berbeza disintesis dalam badan kita, laluan berkongsi corak yang sama. Langkah pertama ialah mensintesis tulang belakang (sfingosina atau gliserol), langkah kedua ialah penambahan asid lemak ke tulang belakang untuk membuat asid fosfatidik. Asid fosfatidik diubah suai lagi dengan melekatnya kumpulan kepala hidrofilik yang berbeza pada tulang belakang. Biosintesis lipid membran berlaku dalam membran retikulum endoplasma.^[17]

Asid fosfatidik juga merupakan pelopor biosintesis trigliserida. Asid fosfatidik fosfotase memangkinkan penukaran asid fosfatidik kepada diasilgliserida yang akan ditukar kepada trigliserida oleh asiltransferase. Biosintesis trigliserida berlaku dalam sitosol.^[18]

Prekursor bagi asid lemak ialah asetil-KoA dan ia berlaku dalam sitosol sel.^[18] Tindak balas bersih keseluruhan, menggunakan palmitat (16:0) sebagai substrat model ialah:

8 Asetil-KoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → palmitat + 14 NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7P¡

Kolesterol boleh dihasilkan daripada asetil-KoA melalui laluan berbilang langkah yang dikenali sebagai laluan isoprenoid. Kolesterol adalah penting kerana ia boleh diubah suai untuk membentuk hormon yang berbeza dalam badan seperti progesteron.^[5]

Gangguan metabolisme lipid (termasuk gangguan semula jadi) adalah penyakit di mana masalah berlaku dalam memecahkan atau mensintesis lemak (atau bahan seperti lemak).^[19] Gangguan metabolisme lipid dikaitkan dengan peningkatan kepekatan lipid plasma dalam darah seperti kolesterol LDL, VLDL dan trigliserida yang paling kerap membawa kepada penyakit kardiovaskular.^[20] Selalunya gangguan ini adalah bersifat keturunan, yakni diturunkan dari ibu bapa kepada anak melalui gen mereka.^[19] Penyakit Gaucher (jenis I, II, dan III), penyakit Niemann-Pick, penyakit Tay-Sachs dan penyakit Fabry ialah contoh penyakit yang mana mereka yang dihidapi boleh mengalami gangguan metabolisme lipid badan mereka.^[21] Penyakit yang jarang berlaku berkaitan gangguan metabolisme lipid ialah sitosterolemia, penyakit Wolman, penyakit Refsum, dan xantomatosis serebrotendinus.^[21]

Jenis lipid yang terlibat dalam metabolisme lipid termasuk:

• Lipid membran:
  • Fosfolipid: Fosfolipid ialah komponen utama dwilapisan lipid membran sel dan terdapat di banyak bahagian badan.^[22]
  • Sphingolipid: Sphingolipid kebanyakannya terdapat dalam membran sel tisu saraf.^[17]
  • Glikolipid: Peranan utama glikolipid adalah untuk mengekalkan kestabilan dwilapisan lipid dan memudahkan pengecaman sel.^[22]
  • Gliserofosfolipid: Tisu saraf (termasuk otak) mengandungi jumlah gliserofosfolipid yang tinggi.^[22]
• Jenis lipid lain:
  • Kolesterol: Kolesterol ialah pelopor utama untuk hormon yang berbeza dalam badan kita seperti progesteron dan testosteron. Fungsi utama kolesterol ialah mengawal kecairan membran sel.^[23]
  • Steroid – lihat juga steroidogenesis: Steroid ialah salah satu molekul-molekul isyarat sel yang penting.^[23]
  • Triasilgliserol (lemak) – lihat juga lipolisis dan lipogenesis: Triasilgliserol ialah bentuk utama simpanan tenaga dalam tubuh manusia.^[1]
  • Asid lemak – lihat juga metabolisme asid lemak: Asid lemak adalah salah satu prekursor yang digunakan untuk membran lipid dan biosintesis kolesterol. Mereka juga digunakan untuk tenaga.
  • Garam hempedu: Garam hempedu dirembeskan daripada hati dan ia memudahkan penghadaman lipid dalam usus kecil.^[24]
  • Eikosanoid: Eikosanoid diperbuat daripada asid lemak dalam badan dan ia digunakan dalam isyarat sel.^[25]
  • Badan keton: Badan keton dibuat daripada asid lemak dalam hati. Fungsi mereka adalah untuk menghasilkan tenaga semasa tempoh kelaparan atau kekurangan pemerolehan makanan.^[5]

• Lipid+metabolism dalam Tajuk Subjek Perubatan (MeSH) di Perpustakaan Perubatan Negara AS