TUGAS BIOKIMIA

METABOLISME NUKLEOTIDA

Anggota Kelompok V :

1. WAFIL JULAM (1310412009)

2. SYNTIA HARDIANTI OKTAVIA (1310412028)

3. AGUSTI (1310411009)

4. YULIA ZUNNUR’AIN (1310411010)

5. PANJI PRIBADI (1310411059)

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2015

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.