MAKALAH BIOKIMIA

METABOLISME NUKLEOTIDA

Anggota Kelompok :

Ervie Oktavani (H131 10 033) Irene Frinada N (H131 10 023) Martina Evi (H131 10 009) Muslimah (H131 10 053) Panji Prastowo (H131 10 039) Rita Duharna S (H131 10 003) Selli Marselia (H131 10 055) Syaiful Yusuf (H131 10 017) Teger Ardyansah B (H131 10 045) Viana Sari (H131 10 001) Wibaldus (H131 10 047)

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

UNIVERSITAS TANJUNGPURA

PONTIANAK

2013

Metabolisme Nukleotida

A. METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDIN

Purin dan pirimidin merupakan inti dari senyawa komponen molekul

nukleotida asam nukleat RNA dan DNA. Contoh Purin : Adenin, guanin,

hipoxantin, xantin. Di metabolisme menjadi asam urat. Contoh Pirimidin : Sitosin,

urasil, timin. Dimetabolisme menjadi CO2 dan NH3.

A.1 Degradasi Purin

asam nukleat yang dilepas dari pencernaan asam nukleat dan

nukleoprotein di dalam traktus intestinalis akan diurai menjadi

mononukleotida oleh enzim ribonuklease, deoksiribonuklease, dan

polinukleotidase.

Enzim nukleotidase dan fortase menghidrolisis mononukleotida

menjadi nukleosida yang kemudian bisa diserap atau diurai lebih lanjut oleh

enzim fosforilaseintestinal menjadi basa purin serta pirimidi. Basa purin akan

teroksidasi menjadi asam urat yang dapat diserap dan selanjutnya

dieksresikan ke dalam urin.

Vertebrata terestrial à urea à ureotelic

Burung & reptil à asam urat à uricotelic

Binatang di air à ammoniaà ammonotelic

Pada manusia hasil akhir katabolisme purin adalah asam urat. Sebagian

mamalia (tidak termasuk manusia) dapat mengoksidasi asam urat menjadi

allantoin, yang selanjutnya dapat didegradasi menjadi urea dan amonia. Tahapan

reaksi pembentukan asam urat serta berbagai kelainan yang dapat terjadi akibat

defisiensi enzim:

1. Gugus amino akan dilepaskan dari AMP membentuk IMP, atau dari

adenosin membentuk inosin (hipoxantin).

2. IMP dan GMP oleh enzim 5’-nukleotidase akan diubah ke bentuk

nukleosida, yaitu inosin dan guanosin.

3. Purine nukleosida fosforilase akan menubah inosin dan guanosin menjadi

basa purin, yaitu hipoxantin dan guanin.

4. Guanin akan mengalami deaminasi menjadi xantin.

5. Hipoxantin akan dioksidasi oleh enzim xantin oksidase membentuk xantin,

yang selanjutnya akan dioksidasi kembali oleh enzim yang sama menjadi

asam urat, yang merupakan produk akhir dari proses degradasi purin pada

manusia. Asam urat akan diekskresikan ke dalam urin.

A.2 KATABOLISME PURIN

1. Adenosin → Inosin → Hiposantin → Santin → Asam Urat

2. Guanosin → Guanin → Santin → Asam Urat

3. Santin oksidase adalah enzim yang merubah santin → asam urat, enzim

tsb banyak terdapat di: hati, ginjal, usus halus

4. Penyakit Gout (pirai) ditandai oleh tingginya asam urat dalam tubuh,

sehingga terjadi penimbunan dibawah kulit berbentuk tophi

A.3 DEGRADASI PIRIMIDIN

KATABOLISME PIRIMIDIN

Sitosin → Urasil → Dihidrourasil → Asam β ureidopropionat → CO2 +

NH3

Timin → Dihidrotimin → Asam β ureidoisobutirat → CO2 + NH3

Katabolisme pirimidin terutama berlangsung di hati. Hasil akhir katabolisme

pirimidin: CO2, ammonia, betalanin dan propionat sangat mudah larut dalam air

bila overproduksi dan jarang didapati kelainan. Hiperurikemia dengan

overproduksi PPRP akan terjadi peningkatan nukleotida dan peningkatan ekskresi

dari betalanin. Defisiensi folat dan vitamin B12 dengan defisiensi TMP.

B. Biosintesa dan Regulasi Nukleotida

Biosintetis nukleotida Purin Situs utama dari sintesis purin dalam hati.

Sintesis dari nukleotida purin dimulai dengan PRPP dan mengarah pada

nukleotida sepenuhnya terbentuk pertama, 5'inosin-monophosphate (IMP).  Jalur

ini yang digambarkan di bawah ini. Basis purin tanpa gugus ribosa terlampir

adalah hipoksantin. Basis purin dibangun di atas ribosa dengan beberapa

amidotransferase dan reaksi transformylation.  Sintesis IMP membutuhkan lima

mol ATP, dua mol glutamin, salah satu mol glisin, satu mol CO 2, satu mol

aspartate dan dua mol formate. Para gugus formil dilakukan pada tetrahydrofolate

(THF) dalam bentuk N 5, N 10-methenyl-THF dan N 10-formil-THF.

Enzim nama:

1. Glutamin amidotransferase phosphoribosylpyrophosphate

2. Glycinamide sintase ribotide

3. Glycinamide transformylase ribotide

4. Formylglycinamide sintase

5. Sintase ribotide aminoimidazole

6. Karboksilase ribotide aminoimidazole

7. Succinylaminoimidazolecarboxamide sintase ribotide

8. Adenylosuccinate lyase

9. Transformylase aminoimidazole ribotide karboksamida

10. IMP cyclohydrolase

Sintesis membentuk nukleotida purin penuh pertama, monofosfat inosin,

IMP dimulai dengan 5-phospho-α-ribosyl-1-pirofosfat, PRPP. Melalui

serangkaian reaksi menggunakan ATP, tetrahydrofolate (THF) derivatif, glutamin,

glisin dan aspartate IMP ini menghasilkan jalur. Tingkat membatasi reaksi

dikatalisis oleh glutamin amidotransferase PRPP, enzim ditandai dengan 1 pada

Gambar tersebut.  Struktur nucleobase dari IMP (hipoksantin) ditunjukkan. IMP

merupakan titik cabang untuk biosintesis purin, karena dapat dikonversi menjadi

baik AMP atau GMP melalui dua jalur reaksi yang berbeda. Jalur yang mengarah

ke AMP membutuhkan energi dalam bentuk GTP; yang mengarah ke GMP

memerlukan energi dalam bentuk ATP. Pemanfaatan GTP dalam jalur untuk

sintesis AMP memungkinkan sel untuk mengontrol proporsi AMP dan GMP

untuk dekat kesetaraan. Akumulasi dari GTP berlebih akan menyebabkan sintesis

AMP dipercepat dari IMP sebaliknya, dengan mengorbankan sintesis GMP.

Sebaliknya, karena konversi IMP untuk GMP membutuhkan ATP, akumulasi dari

kelebihan ATP menyebabkan sintesis dipercepat GMP atas bahwa dari AMP.

Synthesis of AMP and GMP from IMP Sintesis AMP dan GMP dari IMP

Peraturan Sintesis Nukleotida Purine

Tingkat membatasi langkah-langkah penting dalam biosintesis purin

terjadi pada langkah pertama dua jalur tersebut. Sintesis PRPP oleh sintetase

PRPP adalah umpan balik dihambat oleh purin-5'-nukleotida (terutama AMP dan

GMP). Kombinatorial pengaruh kedua nukleotida yang terbesar, misalnya,

inhibisi maksimal ketika ada konsentrasi yang benar dari kedua adenin dan guanin

nukleotida dicapai. Reaksi amidotransferase dikatalisis oleh amidotransferase

PRPP juga umpan balik dihambat allosterically dengan mengikat ATP, ADP dan

AMP pada satu situs hambat dan GTP, PDB dan GMP di lain. Sebaliknya

aktivitas enzim yang dirangsang oleh PRPP. Selain itu, biosintesis purin diatur

dalam jalur cabang dari IMP dengan AMP dan GMP. Akumulasi dari kelebihan

ATP menyebabkan sintesis percepatan GMP, dan kelebihan GTP menyebabkan

sintesis AMP dipercepat.

  

 Siklus nukleotida purin melayani fungsi penting dalam berolahraga otot.

Generasi fumarat menyediakan otot rangka dengan hanya sumber 'atas substrat

anapleurotic untuk siklus TCA . Dalam rangka untuk melanjutkan operasi dari

siklus selama latihan, protein otot harus dimanfaatkan untuk memasok nitrogen

amino untuk generasi aspartate. Generasi asparate terjadi oleh reaksi transaminasi

standar yang interconvert asam amino dengan α-ketoglutarate untuk membentuk

glutamat dan glutamat dengan oksaloasetat untuk membentuk aspartat.

Myoadenylate deaminase adalah khusus isoenzyme AMP deaminase otot, dan

kekurangan dalam deaminase myoadenylate menyebabkan kelelahan pasca-

latihan, kram dan mialgia.

Biosintesis Nukleotida pirimidin

 Sintesis dari pirimidin kurang kompleks dibandingkan dengan purin,

karena dasar jauh lebih sederhana.  Basis menyelesaikan pertama adalah berasal

dari 1 mol glutamin, salah satu mol ATP dan satu mol CO 2 (yang merupakan

karbamoilfosfat) dan satu mol aspartate. Sebuah mol tambahan glutamin dan ATP

yang diperlukan dalam konversi UTP untuk CTP adalah. Jalur biosintesis

pirimidin yang digambarkan di bawah ini. Karbamoilfosfat digunakan untuk

sintesis nukleotida pirimidin berasal dari glutamin dan bikarbonat, dalam sitosol,

yang bertentangan dengan siklus karbamoil fosfat urea berasal dari amonia dan

bikarbonat dalam mitokondria.  Reaksi siklus urea dikatalisis oleh sintetase

karbamoilfosfat I (CPS-I) sedangkan prekursor nukleotida pirimidin disintesis

oleh CPS-II. karbamoilfosfat kemudian kental dengan aspartat dalam reaksi

dikatalisis oleh enzim yang membatasi laju biosintesis nukleotida pirimidin,

transcarbamoylase aspartate (ATCase).

Synthesis of carbamoyl phosphate by CPS II Sintesis karbamoilfosfat oleh CPS II

Enzim nama:

1. Aspartate transcarbamoylase, ATCase

2. Karbamoil dehydratase aspartate

3. Dihydroorotate dehidrogenase

4. Orotate fosforibosiltransferase

5.-5'-fosfat karboksilase orotidine

Sintesis pirimidin berbeda dalam dua cara yang signifikan dari tahun

purin.Pertama, struktur cincin dipasang sebagai basa bebas, tidak dibangun di atas

PRPP. PRPP is added to the first fully formed pyrimidine base (orotic acid),

forming orotate monophosphate (OMP), which is subsequently decarboxylated to

UMP. PRPP ditambahkan ke base pirimidin terbentuk penuh pertama (asam

orotic), membentuk monofosfat orotate (OMP), yang kemudian dekarboksilasi

untuk UMP. Second, there is no branch in the pyrimidine synthesis pathway.

Kedua, tidak ada cabang di jalur sintesis pirimidin. UMP is phosphorylated twice

to yield UTP (ATP is the phosphate donor). UMP adalah fosforilasi dua kali untuk

menghasilkan UTP (ATP merupakan donor fosfat). The first phosphorylation is

catalyzed by uridylate kinase and the second by ubiquitous nucleoside

diphosphate kinase. Yang pertama adalah fosforilasi dikatalisis oleh kinase

uridylate dan yang kedua oleh nukleosida difosfat kinase mana-mana. Finally

UTP is aminated by the action of CTP synthase, generating CTP. Akhirnya UTP

aminated oleh aksi sintase CTP, menghasilkan CTP. The thymine nucleotides are

in turn derived by de novo synthesis from dUMP or by salvage pathways from

deoxyuridine or deoxythymidine. Para nukleotida timin pada gilirannya

diturunkan oleh sintesis de novo dari DUMP atau dengan jalur penyelamatan dari

deoxyuridine atau deoxythymidine.

Sintesis CTP dari UTP

Sintesis dari Nukleotida Timin

 The novo de dTTP jalur sintesis pertama yang membutuhkan penggunaan DUMP

dari metabolisme baik UDP atau CDP. tempat pembuangan sampah diubah

menjadi dTMP oleh aksi sintase timidilat. Kelompok metil (ingat timin yang 5-

metil urasil) yang disumbangkan oleh N 5, N 10-metilen THF, mirip dengan

sumbangan dari kelompok metil selama biosintesis dari purin. Properti unik dari

tindakan sintase timidilat adalah bahwa THF dikonversi menjadi dihydrofolate

(DBD), seperti reaksi hanya menghasilkan DBD dari THF,. Dalam rangka untuk

sintase timidilat reaksi untuk melanjutkan THF harus dibuat ulang dari DBD. Hal

ini dicapai melalui aksi reduktase dihydrofolate (DHFR). THF kemudian diubah

menjadi N 5, N 10-THF melalui tindakan transferase hidroksimetil serin. Peran

penting dalam biosintesis nukleotida DHFR timidin membuatnya menjadi target

ideal untuk agen kemoterapi (lihat di bawah).

Sintesis dTMP dari DUMP

Jalur penyelamatan untuk dTTP sintesis melibatkan enzim kinase timidin yang

dapat menggunakan salah timidin atau deoxyuridine sebagai substrat:

thymidine + ATP <——> TMP + ADP timidin + ATP <-> TMP + ADP

deoxyuridine + ATP <——> dUMP + ADP deoxyuridine + ATP <-> DUMP +

ADP

Kegiatan kinase timidin (salah satu dari berbagai deoxyribonucleotide kinase)

adalah unik karena berfluktuasi dengan siklus sel, naik ke puncak aktivitas selama

fase sintesis DNA, melainkan dihambat oleh dTTP.

Kelainan Metabolisme Nukleotida

Asam urat merupakan hasil metabolisme akhir dari purin yaitu salah satu

komponen asam nukleat yang terdapat dalam inti sel tubuh. Peningkataan kadar

asam urat dapat mengakibatkan gangguan pada tubuh manusia seperti perasaan

linu linu di daerah persendian dan sering disertai timbulnya rasa nyeri yang

teramat sangat bagi penderitanya. Hal ini disebabkan oleh penumpukan kristal di

daerah tersebut akibat tingginya kadar asam urat dalam darah. Penyakit ini sering

disebut penyakit gout atau lebih dikenal di masyarakat sebagai penyakit asam

urat. Hiperuricemia disebabkan oleh sintesa purin berlebih dalam tubuh karena

pola makan yang tidak teratur dan proses pengeluaran asam urat dari dalam tubuh

yang mengalami gangguan. Faktor-faktor yang diduga juga mempengaruhi

penyakit ini adalah diet, berat badan dan gaya hidup (Price & Wilson, 1992).

Asam urat merupakan produk akhir dari katabolisme purin yang berasal

dari degradasi nukleotida purin yang terjadi pada semua sel. Urat dihasilkan oleh

sel yang mengandung xanthine oxidase, terutama hepar dan usus kecil.

Hiperurisemia adalah keadaan kadar asam urat dalam darah lebih dari 7,0 mg/dL.

Diklasifikasikan sebagai hiperurisemia primer (idiopatik/ genetik) dan sekunder

(Spieker, dkk, 2002 ; Zhao, dkk, 2009).

Pra diabetes adalah subjek yang mempunyai kadar glukosa plasma

meningkat akan tetapi peningkatannya masih belum mencapai nilai minimal untuk

kriteria diagnosis DM. Penelitian sebelumnya melaporkan 5-14,0% per tahun

TGT akan menjadi diabetes melitus, selain itu ada juga yang melaporkan ± 30%

menjadi DM setelah 5-6 tahun, 30% menjadi normal dan 30% sisanya tetap

menjadi TGT (Sanusi, 2005). Prevalensi pra diabetes pada populasi umum di

Turki mencapai 6,7%. Penelitian yang dilakukan Yunir dkk, pada 1200 partisipan

usia >25 tahun di Jawa Barat melaporkan insidensi glukosa darah puasa terganggu

(GDPT) yaitu 4,13%, toleransi glukosa terganggu (TGT) sebanyak 24,25% dan

5,46% subjek mengalami GDPT dan TGT (Yunir, dkk, 2009).

Peningkatan asam urat pada pra diabetes diduga terjadi karena adanya

resistensi dan gangguan sekresi hormone insulin. Hiperinsulinemia yang terjadi

pada pra diabetes mengakibatkan peningkatan reabsorbsi asam urat di tubulus

proksimal ginjal. Oleh karena itu deteksi awal hiperurisemia merupakan salah satu

pemeriksaan sederhana sebagai penanda prognostik pra diabetes (Wisesa dan

Suastika, 2009).

Asam urat merupakan produk akhir metabolisme purin yang terdiri dari

komponen karbon, nitrogen, oksigen dan hidrogen dengan rumus molekul

C5H4N4O3. Pada pH alkali kuat, AU membentuk ion urat dua kali lebih banyak

daripada pH asam (Spieker, dkk, 2002).

Purin yang berasal dari katabolisme asam nukleat dalam diet diubah

menjadi asam urat secara lansung. Pemecahan nukleotida purin terjadi di semua

sel, tetapi asam urat hanya dihasilkan oleh jaringan yang mengandung xhantine

oxidase terutama di hepar dan usus kecil. Rerata sintesis asam urat endogen

setiap harinya adalah 300-600mg per hari, dari diet 600 mg per hari lalu

dieksresikan ke urin rerata 600 mg per hari dan ke usus sekitar 200 mg per hari

(Lamb, dkk, 2006 ; Signh, dkk, 2010).

Dua pertiga total urat tubuh berasal dari pemecahan purin endogen, hanya

sepertiga yang berasal dari diet yang mengandung purin. Pada pH netral urat

dalam bentuk ion asam urat (kebanyakan dalam bentuk monosodium urat),

banyak terdapat di dalam darah. Konsentrasi normal kurang dari 420 µmol/L (7,0

md/dL). Kadar urat tergantung jenis kelamin, umur, berat badan, tekanan darah,

fungsi ginjal, status peminum alkohol dan kebiasaan memakan makanan yang

mengandung diet purin yang tinggi. Kadar AU mulai meninggi selama pubertas

pada laki-laki tetapi wanita tetap rendah sampai menopause akibat efek urikosurik

estrogen. Dalam tubuh manusia terdapat enzim asam urat oksidase atau urikase

yang akan mengoksidasi asam urat menjadi alantoin. Defisiensi urikase pada

manusia akan mengakibatkan tingginya kadar asam urat dalam serum. Urat

dikeluarkan di ginjal (70%) dan traktus gastrointestinal (30%). Kadar asam urat di

darah tergantung pada keseimbangan produksi dan ekskresinya (Spieker, dkk,

2002 ; Signh, dkk, 2010).

Sintesis asam urat dimulai dari terbentuknya basa purin dari gugus ribosa,

yaitu 5-phosphoribosyl1-pirophosphat (PRPP) yang didapat dari ribose 5 fosfat

yang disintesis dengan ATP (Adenosine triphosphate) dan merupakan sumber

gugus ribose (Gambar 1). Reaksi pertama, PRPP bereaksi dengan glutamin

membentuk fosforibosilamin yang mempunyai sembilan cincin purin. Reaksi ini

dikatalisis oleh PRPP glutamil amidotranferase, suatu enzim yang dihambat oleh

produk nukleotida inosine monophosphat (IMP), adenine monophosphat (AMP)

dan guanine monophosphat (GMP). Ketiga nukleotida ini juga menghambat

sintesis PRPP sehingga memperlambat produksi nukleotida purin dengan

menurunkan kadar substrat PRPP (Lamb, dkk, 2006).

Gambar 1. Metabolisme Asam Urat (Lamb, dkk, 2006)

Kelainan metabolisme purin

Hasil akhir katabolisme purin adalah asam urat. ± 99 % asam urat merupakan

hasil pemecahan oleh enzim nukleosida purin fosforilase. Asam urat merupakan

produk akhir katabolisme purin diekskresikan pada primata, burung, dan beberapa

hewan lainnya. Tingkat ekskresi asam urat oleh manusia dewasa normal adalah

sekitar 0,6 g/24 jam, timbul sebagian dari purin yang diingesti dan sebagian dari

“turnover” nukleotida purin dari asam nukleat. Asam urat bersifat asam lemah dan

sukar larut dalam air, dalam cairan tubuh dapat berupa garam (Na urat). Garam Na

urat bersifat lebih larut daripada asam urat, yang juga dibuang melalui urin.

Kristalisasi garam Na urat dapat terjadi di:

1. Ginjal karena kelebihan asam urat diendapkan di tubulus ginjal dan

menyebabkan penyakit batu ginjal.

2. Jaringan lunak dan persendian yang membentuk endapan dan meyebabkan

penyakit arthritis gout akut dan arthritis gout kronis. Penyakit gout adalah

penyakit sendi, biasanya terjadi pada laki-laki, disebabkan oleh

peningkatan konsentrasi asam urat dalam darah dan jaringan. Gejala dari

penyakit ini biasanya Sendi menjadi meradang, menyakitkan, dan rematik,

karena pengendapan abnormal kristal natrium urat.

kelainan metabolism pirimidin

Hasil akhir metabolisme pirimidin adalah CO2, NH3 dan asam β-amino

butirat, yang mudah larut. Reaksinya adalah:

Hasil akhir metabolisme pirimidin larut dalam air, tidak banyak kelainan

yang disebabkannya. Tetapi, ada dua penyakit bawaan (mempengaruhi sintesa

pirimidin) karena kenaikkan eksresi asam orotat (orotat aciduria). Kelainan ini

disebabkan karena kekurangan enzim yang mempunyai dua fungsi sebagai orotat

fosforibosil transferase dan OMP dekarboksilase. Gejala dan tanda-tanda dari

kelainan metabolisme pirimidin yaitu :

1. Hambatan pertumbuhan (retarded growth)

2. Anemia berat hipokhromik

3. Sumsum tulang megaloblastik (megaloblastic bone marrow)

4. Leukopeni juga sering dijumpai.

Kelainan ini bisa diobati dengan uridin dan atau sitidin. Uridin &/ sitidin

akan meningkatkan UMP (nukleosida kinase). UMP akan menghambat CPS II,

dengan demikian akan mengurangi pembentukan asam orotat.

DAFTAR PUSTAKA

Lamb E, Newman J.D and Price P.C., Kidney Function Test in Tietz Textbook of

Clinical Chemistry and Molecular Diagnostic, eds. Burtis C, Ashwood RE

and Bruns ED, fourth edition, Elseiver Saunders, 2006, p 803-5.

Price, P,A & Wilson, L,M., 1992. Gout, Pathofisiologi, Konsep Klinis Proses-

proses Penyakit . Jakarta : EGC.

Sanusi H, Pra Diabetes dan Risiko Kardiovaskular, di Naskah Lengkap The 4

National Obesity Symposium and 2nd National on Symposium Metabolic

Syndrome, Editor: Adam MF, Sanusi H, Sambo AP, Aman AM, 2005

Ditampilkan 25 Juni 2005.

Signh V, Gomez VV, Swamy SG, Approach to a Case of Hyperuricemia, in

Indian J Aerospace Med, 2010, vol 54(1), p 40-5.

Spieker E.L, Ruschitzka T.F, Luscher F.T dan Noll G, The management of

Hyperuricemia and Gout in Patient with Heart Failure, The European

Journal of Heart Failure, 2002 (2), p 403 – 410.

Wisesa IBN & Suastika K, Hubungan Antara Konsentrasi Asam Urat Serum

dengan Resistensi Insulin pada Penduduk Suku Bali Asli di Dusun

Tenganan Pegringsingan Karangasem, dalam J Peny Dalam, 2009, vol

10(2) h 110-22.

Widodo, F Y, 2010,”Metabolisme Nukleotida Purin dan Pirimidin” Bagian

biokimia, Fakultas Kedokteran, Universitas Wijaya Kusuma Surabaya.

Yunir E, Waspadji S, Rahajeng E, The Prediabetic Epidemiological Study in

Depok, West Java, in Indones J Intern Med, 2009, vol 41 (4), p 182-5.

Zhao Y, Yang X, Lu W, Liao H dan Liao F, Uricase Based Methods for in

Determination of Uric Acid in Serum, 2009 Microcim Acta, 164:1-6.