Daftar isi · 13 bagian
- 1. Skema umum
- 2. Antar-jemput karnitin (Carnitine shuttle)
- 3. Empat reaksi spiral Lynen
- 4. Hasil energi untuk palmitat (C16)
- 5. Oksidasi asam lemak tak jenuh
- 6. Oksidasi asam lemak berkarbon ganjil
- 7. Jalur alternatif
- 8. Ketogenesis
- 9. Regulasi
- 10. Karakteristik jaringan
- 11. Kelainan bawaan β-oksidasi
- 12. Signifikansi klinis
- 13. FAQ
Singkatnya. β-oksidasi adalah jalur katabolisme asam lemak (AL) mitokondria. Tahapan: aktivasi di sitosol (asil-CoA), antar-jemput karnitin melintasi membran mitokondria, spiral Lynen dari 4 reaksi (dehidrogenasi FAD → hidrasi → dehidrogenasi NAD⁺ → tiolisis), pelepasan asetil-CoA → siklus Krebs. Palmitat (C16) → 8 asetil-CoA + 7 FADH₂ + 7 NADH = 106 ATP. Hati selama kelaparan mengkonversi kelebihan asetil-CoA menjadi badan keton. Gangguan: defisiensi MCAD (bawaan yang umum), VLCAD, CPT I/II → hipoglikemia + ↑ enzim otot selama kelaparan/aktivitas.
1. Skema umum
- Jalur utama katabolisme AL berada di mitokondria.
- Aktivasi AL di sitosol: AL + ATP + CoA → asil-CoA + AMP + PPi (asil-CoA sintetase).
- Transportasi AL rantai panjang (> C14) melewati membran dalam mitokondria — antar-jemput karnitin.
- Rantai sedang (C6–C12) dan pendek (< C6) dapat berpenetrasi secara langsung.
- Ke dalam matriks: «spiral Lynen» — 4 reaksi, asetil-CoA dilepaskan setiap siklus.
- Asetil-CoA → siklus Krebs → CO₂ + H₂O + ATP.
2. Antar-jemput karnitin (Carnitine shuttle)
- CPT I (carnitine palmitoyltransferase I) pada permukaan luar membran dalam: asil-CoA + karnitin → asilkarnitin + CoA.
- Karnitin/asilkarnitin translokase — transport melintasi membran.
- CPT II pada sisi matriks: asilkarnitin + CoA → asil-CoA + karnitin.
- Regulasi: malonil-CoA menghambat CPT I — «saklar» antara sintesis AL dan β-oksidasi.
- Saat insulin rendah/dominasi glukagon ↓ malonil-CoA → ↑ β-oksidasi.
3. Empat reaksi spiral Lynen
- Dehidrogenasi: asil-CoA + FAD → trans-Δ²-enoil-CoA + FADH₂ (asil-CoA dehidrogenase: SCAD/MCAD/LCAD/VLCAD berdasarkan panjang rantai).
- Hidrasi: enoil-CoA + H₂O → 3-hidroksiasil-CoA (enoil-CoA hidratase).
- Dehidrogenasi NAD⁺: 3-hidroksiasil-CoA + NAD⁺ → 3-ketoasil-CoA + NADH (3-hidroksiasil-CoA dehidrogenase).
- Tiolisis: 3-ketoasil-CoA + CoA → asil-CoA (−2 C) + asetil-CoA (β-ketotiolase).
Hasil dari satu putaran: −2 karbon, +1 FADH₂, +1 NADH, +1 asetil-CoA.
4. Hasil energi untuk palmitat (C16)
- 7 putaran spiral → 7 FADH₂ + 7 NADH + 8 asetil-CoA.
- 7 FADH₂ × 1,5 ATP = 10,5 ATP.
- 7 NADH × 2,5 ATP = 17,5 ATP.
- 8 asetil-CoA × 10 ATP (siklus Krebs + ETC) = 80 ATP.
- Minus 2 ATP untuk aktivasi (ATP → AMP).
- Total: 108 − 2 = 106 ATP (angka klasik); dengan P/O baru — ~106–108.
5. Oksidasi asam lemak tak jenuh
- Membutuhkan enzim tambahan: enoil-CoA isomerase (memindahkan ikatan rangkap ke trans-Δ²) dan 2,4-dienoil-CoA reduktase (untuk ikatan rangkap pada posisi genap).
6. Oksidasi asam lemak berkarbon ganjil
- Di akhir spiral terbentuk propionil-CoA (3C).
- Propionil-CoA → metilmalonil-CoA (propionil-CoA karboksilase, biotin) → suksinil-CoA (metilmalonil-CoA mutase, B12) — jalur glukogenik.
- Defisiensi B12 atau biotin → akumulasi asam metilmalonat.
7. Jalur alternatif
- β-oksidasi peroxisomal — AL sangat panjang (VLCFA > C22), bercabang (asam fitanat — ω-oksidasi + α-oksidasi).
- ω-oksidasi — di RE halus (CYP4A); digunakan saat β-oksidasi terganggu.
- α-oksidasi — untuk asam fitanat (penyakit Refsum pada defisiensi fitanoil-CoA hidroksilase).
8. Ketogenesis
- Selama kelaparan, diet ketogenik, DKA — kelebihan asetil-CoA di hati tidak sempat teroksidasi dalam siklus Krebs.
- 2 asetil-CoA → asetoasetil-CoA → HMG-CoA → asetoasetat → β-hidroksibutirat; secara spontan → aseton.
- Badan keton dikirim ke jaringan ekstrahepatik (otak, otot, jantung) — diubah kembali menjadi asetil-CoA.
- Hati tidak dapat mengoksidasi badan keton (tidak memiliki suksinil-CoA-asetoasetat-CoA transferase).
9. Regulasi
- Hormon: insulin menghambat β-oksidasi (melalui ↑ malonil-CoA), glukagon dan katekolamin mengaktifkan lipolisis dan β-oksidasi.
- Kontrol metabolik: rasio tinggi NADH/NAD⁺ dan asetil-CoA/CoA memperlambat β-oksidasi.
- PPARα — reseptor nuklear, diaktifkan oleh AL/fibrat → ↑ ekspresi enzim β-oksidasi.
- AMPK — diaktifkan saat defisiensi energi, menghambat ACC → ↓ malonil-CoA → ↑ β-oksidasi.
10. Karakteristik jaringan
- Hati adalah organ utama ketogenesis dan β-oksidasi selama puasa.
- Otot rangka — aktif selama latihan aerobik jangka panjang.
- Jantung — lebih menyukai asam lemak (60–90% energi); beralih ke glukosa saat iskemia.
- Otak — tidak menggunakan asam lemak (BBB), saat puasa > 3 hari — 2/3 menggunakan badan keton.
- Eritrosit — tidak memiliki mitokondria, hanya melakukan glikolisis.
11. Kelainan bawaan β-oksidasi
| Kelainan | Klinis | Diagnosis |
|---|---|---|
| Defisiensi MCAD (paling sering) | Hipoglikemia + hipoketosis saat puasa/infeksi; sindrom mirip Reye | Profil asilkarnitina (C6–C10), mutasi gen ACADM |
| Defisiensi VLCAD | Kardiomiopati, rabdomiolisis saat latihan, hipoglikemia | Asilkarnitina C14:1, genetik |
| LCHAD, protein trifungsional | Hipoglikemia, kardiomiopati, retinopati, neuropati perifer, HELLP pada ibu | Profil asilkarnitina (C16-OH, C18-OH) |
| CPT I | Hipoglikemia, hepatomegali, CK normal | Karnitin serum rendah, tinggi dalam urin |
| CPT II | Bentuk muskular: rabdomiolisis saat latihan, dingin, puasa; bentuk neonatal/letal | ↑ CK, asilkarnitina (C16, C18) |
| Defisiensi karnitin sistemik | Kardiomiopati, kelemahan otot, hipoglikemia | Karnitin darah rendah; koreksi dengan L-karnitin |
| Penyakit Refsum | Retinitis pigmentosa, polineuropati, ataksia serebelar | ↑ asam fitanat; diet pengecualian produk susu/hewan memamah biak |
12. Signifikansi klinis
- KAD: defisiensi insulin → lipolisis + β-oksidasi → ketogenesis → asidosis metabolik.
- Ketoasidosis alkoholik: puasa + etanol → ↑ NADH/NAD⁺ → pergeseran ke β-hidroksibutirat (tes asetoasetat negatif!).
- Hipoglikemia neonatus pada MCAD — skrining seluruh neonatus di negara maju.
- Asam valproat — menghambat β-oksidasi, risiko hepatotoksisitas pada anak < 2 tahun dengan kelainan β-oksidasi yang tidak terdiagnosis.
- Fibrat — mengaktifkan PPARα → ↑ β-oksidasi → ↓ trigliserida.
13. FAQ
Mengapa malonil-CoA «mengalihkan» antara sintesis asam lemak dan oksiadasinya?
Malonil-CoA adalah prekursor sintesis asam lemak (ACC); secara paralel menghambat CPT I → memblokir transpor asam lemak ke dalam mitokondria. Dengan cara ini sel tidak mengoksidasi asam lemak yang baru disintesis.
Mengapa hati tidak memiliki reaksi balik pemanfaatan badan keton?
Tidak adanya suksinil-CoA-asetoasetat-CoA-transferase (tioforase). Hati menghasilkan keton untuk jaringan di luar hati, sedangkan hati sendiri menggunakan asetil-CoA secara langsung.
Apa bahaya defisiensi MCAD saat anak mengalami demam?
Cadangan glukosa habis, mobilisasi asam lemak terjadi — tetapi oksidasi terblokir → hipoglikemia berat tanpa hipoketosis, ensefalopati, sindrom mirip Reye, risiko kematian mendadak.
Apa itu «hipoglikemia hipoketotik»?
Khas pada kelainan β-oksidasi: puasa → glukosa rendah, tetapi keton dalam urin hampir tidak ada (asam lemak tidak teroksidasi). Berbeda dengan puasa normal (ketosis) dan insulinoma (keton juga tidak ada, tetapi insulin ↑).
Untuk apa profil asilkarnitina ditentukan?
Metode spektrometri massa tandem mendeteksi asilkarnitina spesifik yang terakumulasi pada berbagai kelainan β-oksidasi. Dasar skrining neonatal.
Lihat juga: Siklus Krebs · Glikolisis · Lipid · KAD · Katalog Biokimia