12/9/2008

1

METABOLISME NUKLEOTIDA

PURIN & PIRIMIDINF.Y. WIDODO

BAGIAN BIOKIMIA

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS WIJAYA KUSUMA SURABAYA

PENDAHULUAN

• Basa Purin & Pirimidin tdp dlm nukleotida DNA/RNA & Koenzim• Purin: Adenin, Guanin, Hipoxantin, Xantin

Pirimidin: Sitosin, Timin dan Urasil• Prototrophic: dpt mensintesis Purin & Pirimidin• As. Nukleat dlm makanan berbentuk Nukleoprotein dipecah enzim

proteolitik protein + Asam Nukleat• Selanjutnya oleh enzim Ribonuklease, Deoksiribonuklease &

Polinukleotidase, asam nukleat dipecah menjadi Mononukleotida• Nukleotida dihidrolisis oleh Nukleotidase & Fosfatase menjadi Nukleosida

+ asam sulfat• Nukleosida Fosforilase usus basa Purin / Pirimidin • Purin oksidasi ASAM URAT

12/9/2008

2

Tata nama

Basa Ribonukleosida Ribonukelotida (5-MP)

Adenin Adenosin Adenosin monofosfat (AMP)

Guanin Guanosin Guanosin monofosfat (GMP)

Sitosin Sitidin Sitidin 5’-monofosfat (CMP)

Urasil Uridin Uridin 5’-monofosfat (UMP)

Deoksiribonukleosida Deoksiribonukleotida

Adenin Deoksiadenosin Deoksiadenosin 5’-MP (dAMP)

Guanin Deoksiguanosin Deoksiguanosin 5’-MP (dGMP)

Sitosin Deoksisitidin Deoksisitidin 5’-MP (dCMP)

Timin Timidin Timidin 5’-MP (TMP)

PENDAHULUANAsam nukleat (dimakan dalam bentuk nukleoprotein)

Enzim proteolitik --------------------- di ususAsam nukleat

Nuklease (DNAase & RNAase) ------ di getah pankreasNukleotida

Polinukleotidase = fosfoesterase---di ususMononukleotida

Nukleotidase & fosfataseNukleosida

Fosforilase ----------- ususBasa purin & pirimidin

Guanin Adenosin

Xantin Inosin, Hipoxantin

Asam urat

Absorbsi di usus

Ekskresi sebagai asam uratdi urine

12/9/2008

3

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

12/9/2008

4

Conversion of IMP to AMP and GMP

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

• Pada manusia, biosintesis purin untuk memenuhi kebutuhan asam nukleat

• Ureotelic: bahan akhir dari bahan nitrogen yang tidak berguna berupa ureum

• Uricotelic:bahan akhir dari bahan nitrogen yang tidak berguna berupa asam urat (ekskresi melalui urine)

12/9/2008

5

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

• Inhibitor: beberapa metabolit yang mirip glutamin (“antifolate drugs”):- Azaserin = reaksi 5- Diazanorleusin = reaksi 2- 6-merkapto purin = reaksi 13 & 14- Asam mikrofenolat = reaksi 14

• Perubahan AMP & GMP menjadi nukleosida difosfat & trifosfat dikatalisis Nukleosida monofosfat kinase & Nukleosida difosfat kinaseUntuk adenilat, difosforilasi oleh Myokinase

ATP ADP ATP ADP

Nukleosida Nukleosida Nukleosidamonofosfat difosfat trifosfatKinase Kinase

Synthetic Pyrimidine and Purine analogs.

12/9/2008

6

Purin Salvage Pathway• Konversi purin, ribonukleosida, deoxyribonukleosida menjadi mononukleotida

• Memerlukan energi yang lebih rendah daripada sintesis de novo

• Fosforibosilasi purin bebas oleh PRPP membentuk purin 5'-mononukleotida (Pu-RP).

Pu + PR—PP PRP + PPi

• Ada 2 mekanisme:

1. Fosforibosilasi basa purin bebas dg enzim-enzim yg memerlukan

p-ribose-p sebagai donor ribosefosfat :

a. Adenin fosforibosil transferase (APRT)

Memfosforibosilasi adenin menjadi AMP

b. Hipoxantin-guanin fosforibosil transferase (HGPRT)

Memfosforibosilasi hipoxantin dan guanin menjadi IMP dan GMP

Proses fosforibosilasi dengan HGPRT lebih aktif daripada APRT

12/9/2008

7

Purin Salvage Pathway

2. Fosforilasi langsung ribonukleosida purin oleh ATPPurin + ATP ADP + Purin-p- Adenosin kinase : Adenosin AMP

Deoksiadenosin dAMP- Deoksisitidin kinase: Deoksisitidin dCMP

Deoksiadenosin dAMP2’-Deoksiguanosin dGMP

Jalur ini dilakukan di liver basa purin dipakai oleh jaringan lain yang tdk bisa mensintesis purinOtak: PRPP amidotransferase Eritrosit & PMN Lekosit tdk bisa mensintesis 5-fosforibosilamin

Regulasi Biosintesis Purin1. Sintesis IMP perlu 6 mol ATP + glisin, glutamin, metenil H4folat & aspartat.

Kecepatan sintesis purin terutama ditentukan oleh konsentrasi PRPP. Konsentrasi PRPP ditentukan oleh kecepatan sintesisnya, pemakaian & degradasinya.Kecepatan sintesis PRPP tergantung:

a. Tersedianya ribose-5-fosfat (substrat)b. PRPP sintase : - konsentrasi fosfat

- ribonukleotida purin sebagai regulator alosterik

Pemakaian enzim ini terutama tergantung aktivitas “salvage pathway” untuk hipoxantin & guanin, juga sintesis de novo

(sekunder)2. PRPP glutamil amidotransferase (reaksi no. 2)dihambat oleh AMP & GMP

secara kompetitif. Hambatan ini kurang penting.

12/9/2008

8

Regulasi Biosintesis Purin

3. Reaksi (12) & (14) IMP AMP / GMPAMP menghambat adenilosuksinat sintetaseGMP menghambat IMP dehidrogenase

IMP Adenilosuksinat AMP (perlu GTP)

XMP GMP (perlu ATP)Regulasi menyilang untuk mencegah sintesis 1 macam nukleotida purin bila terjadi defisiensi dari nukleotida lain

• Reduksi 2’-hidroksil nukleotida purin & pirimidin dikatalisis oleh kompleks ribonukelotida reduktase dNDPs. Enzim hanya aktif ketika sel aktif mensintesis DNA

• Reduksi NDPs menjadi dNDPs merupakan kontrol keseimbangan produksi deoksiribonukleotida untuk sintesis DNA

GTP

ATP

Skema pengontrolan kecepatan regulasi sintesa purin (de novo)

12/9/2008

9

Regulasi perubahan IMP menjadi AMP atau GMP

Regulasi Biosintesis Purin

12/9/2008

10

Regulasi Biosintesis Purin

• Untuk pembentukan IMP dibutuhkan 6 ikatan fosfat bertenaga tinggi dan: glisin, glutamin, meteniltetrahidrofolat dan aspartat

• Regulator terpenting adalah konsentrasi PP ribose P dalam sel

• Regulasi konsentrasi PP ribose P ini tergantung dari perbandingan kecepatan sintesanya dan pemakaian/degradasinya

Kecepatan sintesanya tergantung:

1. Adanya substrat, terutama ribose-5P sebab lebih sedikit terdapat daripada ATP

2. Aktivitas PP ribose P sintetase yang tergantung dari kadar fosfat intrasel dan kadar ribonukleotida purin dan pirimidin yang dapat bertindak sebagai allosterik regulator

Regulasi Biosintesis Purin

Kecepatan pemakaian/degradasi PP ribose P tergantung:

• Pemakaiannya dalam “salvage pathway” yang dapat mengfosforibosilasi hipoxantin dan guanin

• Sintesa purin de novo

Pada laki-laki dengan defisiensi HGPRT yang menurun terdapat:

1. kadar PP ribose P dalam eritrosit yang meningkat

2. cultured fibroblast yang meningkat

Enzim PP ribose P amidotransferase (reaksi 2) dapat dihambat oleh nukleotida purin (terutama AMP dan GMP secara feedback)

bersaing dengan adanya PP ribose P

12/9/2008

11

Katabolisme Purin

Hasil akhir: asam uratGuanin & hipoxantin xantin asam urat

Katabolisme Purin

• Hasil akhir katabolisme purin pada manusia adalah asam urat

• 99% asam urat manusia didapat dari substrat oleh nukleosida purin fosforilase (komponen penting pada purin salvage pathway)

• Xantin oksidase:

- sangat aktif pada hati, usus halus, ginjal

- menghambat pembentukan asam urat

- pegang peranan penting pada keadaan hiperurikemia dan gout

• Pada orang normal (dalam jumlah kecil): asam urat (berasal dari metabolisme asam nukleat oleh flora bakteri dalam usus) diabsorbsi dan langsung diekskresi

• Pada golongan primata rendah: terdapat enzim urikase yang merubah asam urat menjadi allantoin yang sangat mudah larut dalam air

12/9/2008

12

Katabolisme Purin

• Pada amfibi, burung dan reptil tidak mempunyai urikase sehingga mereka mengekskresikannya dalam bentuk asam urat dan guanin

• 18-20 % dari asam urat yang hilang tidak diekskresi dalam urine akan dipecah jadi CO2 dan amonia diekskresi dalam empedu untuk masuk dalam usus dan dipecah oleh flora usus

• Pada manusia pemecahan asam urat menjadi CO2 + NH3 tidak tergantung dari flora usus

• Na-urat pada manusia akan difiltrasi oleh glomerulus dan direabsorbsi dan sebagian disekresikan pada tubulus proximal loop dari Henle dan direabsorbsi lagi oleh tubulus distalis

• Total ekskresi asam urat manusia dalam 24 jam = 400-600 mg

• Aspirin (dosis tinggi): menghambat ekskresi dan reabsorbsi asam urat

BIOSINTESIS PIRIMIDIN

• MEMERLUKAN: PRPP, glutamin, CO2, aspartat, H4folat

• Beda dg biosintesis purin: ribosefosfat disini diikat pada akhir reaksi

• Enzim pd reaksi (4): dlm mitokondria, lainnya dlm sitosol

• (12) H2Folat H4Folat oleh dihidrofolat reduktase dipakai lagi. Inhibitor: MTX (methotrexat)

12/9/2008

13

PIRIMIDIN SALVAGE PATHWAY

• Mammalia tidak dapat mengubah basa pirimidin bebas menjadi nukleotidanya, tetapi mempunyai salvage pathway untuk mengubah nukleosida pirimidin, uridin, sitidin dan timidin menjadi nukleotida pirimidinnya

• Enzim orotat fosforibosiltransferase dapat meng”salvage” asam orotat menjadi OMP, tetapi asam orotat tidak dianggap sebagai basa pirimidin murni

• Enzim ini tidak dapat memakai basa pirimidin sebagai substratnya meskipun ia dapat mengubah allopurinol (4-hidroksipirazolo-pirimidin) menjadi nukleotida. Obat anti kanker 5-fluoro urasil dapat pula difosforibosilasikan oleh enzim tersebut di atas

12/9/2008

14

PIRIMIDIN SALVAGE PATHWAY

ATP ADP

URIDIN UMP

SITIDIN CMP

ATP ADP

TIMIDIN TMP

URIDIN-SITIDIN KINASE

TIMIDIN KINASE

Katabolisme Pirimidin

Terutama terjadi di hati dengan hasil akhirnya berupa zat-zat yang mudah larut dalam air. Hasil akhir katabolisme purin sukar larut (as. urat, sodium urat)

Hasil akhir katabolisme berupa alanin (dari sitosin dan urasil) dan amino isobutirat (dari timin)

12/9/2008

15

Katabolisme Pirimidin

Ekskresi -aminoisobutirat meningkat pada leukemia dan radiasi sinar X, akibat peningkatan destruksi sel dan DNA nya.

Ekskresi -aminoisobutirat jugameningkat pada 25% orang normal dari etnis Cina dan Jepang

Untuk pseudouridin yang terdapat dalam tRNA, tidak ada mekanisme hidrolisa atau fosforilasi untuk nukleosida ini menjadi basa pirimidinnya (urasil), sehingga pseudouridin diekskresikan sebagai pseudouridin dalam urine manusia

Regulasi Biosintesis Pirimidin

Melalui 2 mekanisme:

1. 2 enzim pertama diregulasi secara allosterik (karbamoil fosfat sintetase dan aspartat transkarbamoilase)

Karbamoil fosfat sintetase:

- dihambat oleh UTP dan nukleotida purin

- diaktivasi oleh PP ribose P

Aspartat transkarbamoilase dpt dihambat oleh CTP

2. 3 enzim pertama dan 2 enzim terakhir diregulasi secara represi dan derepresi yang terkoordinasi

12/9/2008

16

Regulasi Biosintesis Pirimidin

• Pada pemeriksaan isotop, kecepatan sintesis purin sejajar dengan sintesa pirimidin adanya kontrol untuk sintesa purin dan pirimidin

• Enzim PP ribose P sintetase (untuk pembentukan nukleotida purin dan pirimidin) dapat dihambat secara feedback oleh nukleotida purin dan pirimidin

• Enzim karbamoil sintetase dihambat secara feedback oleh nukleotida purin dan pirimidin dan diaktifkan oleh PP ribose P

• Kesimpulan ada suatu regulasi menyilang (cross regulation) antara sintesa nukleotida purin dan pirimidin

Regulasi Biosintesis Pirimidin

12/9/2008

17

KELAINAN METABOLISME PURIN Hiperurikemia dan Gout

• Bentuk asam urat tergantung dari pH sekitarnya, pH pada keadaan fisiologis didapatkan hanya asam urat dan garam monosodium dari urat

• pH < 5,75 terutama terdapat dalam bentuk asam urat

pH = 5,75 jumlah asam urat = Na urat

pH > 5,75 terutama terdapat dalam bentuk Na urat

• Miseible urate pool dari tubuh dapat digambarkan dari kadar Na urat dalam serum

• Hiperurikemia: bila kadarnya melebihi jumlah kelarutan Na urat dalam serum, serum jenuh dengan urat dan kristal Na urat akan mengendap

• Kelarutan Na urat dalam serum pada 37°C adalah 7 mg/dl

• Endapan Na urat dapat bertumpuk di dalam atau sekitar sendi

• Tophi: tumpukan asam urat pada sendi

• Penumpukan kristal Na urat pada jaringan meliputi fagositosis dari kristal oleh lekosit polimorfonulear pada sendi dan dapat menyebabkan reaksi peradangan akut (acute gouty arthritis)

12/9/2008

18

• Keradangan yang kronis pada sendi karena penumpukan tophi dapat menyebabkan kerusakan pada sendi

• Dalam air kelarutan asam urat adalah 1/17 dari Na urat

• pH urine orang normal < 5,75 (pK asam urat) Bentuk utama urat pada urine setelah proses di tubuli distalis dan collecting ducts dalam ginjal adalah asam urat (sangat tidak larut dalam air

• Pengendapan asam urat dapat dicegah dengan membuat urine jadi alkalis sehingga asam urat yang terjadi lebih mudah larut

• Kristal Na urat berbentuk jarum

Keadaan hiperurikemia dapat dibagi 2:

1. Ekskresi urat yang terganggu:

Gangguan pada ginjal menyebabkan peningkatan serum urat walaupun produksinya normal

2. Ekskresi asam urat yg berlebihan karena overproduksi:

a. Sekunder karena penyakit lain, misal: keganasan, psoriasis

b. Gangguan enzim:

- PPRP sintetase nukleotida purin

- Defisiensi HGPRT PPRP sintesis de novo

nukleotida purin

- Defisiensi glukosa 6P-ase katabolisme purin

pembentukan asam urat

c. Sebab yang tidak diketahui

12/9/2008

19

Lesch-Nyhan syndrome

- HGPRT X linked resesif

- cerebral palsy, choreoathetosis, spasticity

- hiperurikemia (overproduksi) batu asam urat

- self mutilation

- Heterozygote defisiensi HGPRT sebagian hiperurikemia saja tanpa disertai gangguan neurologis

- sering disertai peningkatan PP ribose P dalam sel karena gangguan pada salvage pathway

Von Gierke’s Disease

• HMP shunt ribose 5P sehingga PPRP overproduksi purin hiperurikemia

• Juga didapatkan defisiensi glukosa 6P-ase

- Terdapat laktat asidosis kronis peningkatan nilai ambang ginjal untuk sekresi asam urat penumpukan asam urat dalam tubuh

12/9/2008

20

Hipourikemia

• Sekresi atau produksi turun.

• Gangguan genetik atau penyakit liver berat defisiensi xantin oksidase

• Ekskresi oksipurin, hipoxantin dan xantin bila sangat berat dapat terjadi xantinuria dan pembentukan batu xantin

• Pada defisiensi purin nukleosida fosforilase dapat disertai dengan hipourikemia sebab tidak dapat diproduksinya hipoxantin dan guanin dari inosin dan guanosin, sehingga nukleosida purin akan banyak diekskresikan dalam urine, yaitu: inosin, guanosin dan deoksiguanosin

Hipourikemia

• Guanosin dan deoksiguanosin tidak mudah larut sehingga dapat terjadi batu ginjal

• Penyakit immunodefisiensi yang berperanan pada defisiensi enzim metabolisme purin yaitu:a. defisiensi adenosin deaminase, dimana

sel limfosit T dan B sangat jarangb. defisiensi purin nukleosida fosforilase,

dimana limfosit T jarang tetapi sel Bnormal

Penyebab: autosomal resesif

• Defisiensi purin sangat jarang pada manusia, pada umumnya karena defisiensi asam folat dan vitamin B12

12/9/2008

21

KELAINAN METABOLISME PIRIMIDIN

• Hasil akhir katabolisme pirimidin: CO2, ammonia, beta alanin dan propionat mudah larut dalam air bila over produksi jarang didapati kelainan-kelainan

• Hiperurikemia dengan overproduksi PPRP peningkatan nukleotida peningkatan ekskresi dari beta alanin

• Defisiensi folat dan vitamin B12 defisiensi TMP

aminoisobutirat Aciduria- kelainan autosomal resesif

- diturunkan, terutama pada orang-orangAsia dan tidak ada

hubungannya dengan penyakit-penyakit lain

Hereditary orotic aciduria

• tipe I:- tipe yang lebih sering def. orotat fosforibosil transferase & orotidilat dekarboksilase

- terjadi anemia megaloblastik, tdp kristal jingga dalam urine

• tipe II: - krn defisiensi orotidilat dekarboksilase

• Terapi:a. Allopurinol (4hidroksipirazolo pirimidin)

- purin analog menghambat xantin oksidase- menghambat fosforibosilasi asam orotat

b. 6-azauridin setelah diubah jadi 6 azauridilat- inhibitor kompetitif untuk OMP dekarboksilase

12/9/2008

22

Reye’s Syndrome:

• Gangguan pada mitokondria hati

• Orotikasiduria sekunder karena ketidakmampuan mitokondria memakai karbamoil fosfat (pada defisiensi ornitin trankarbamoilase) overproduksi asam orotat

• Defisiensi ornitin transkarbamoilase (enzim dalam mitokondria hati untuk sintesa urea dan arginin):

- terjadi peningkatan ekskresi dari asam orotat, urasil

dan uridin

- karena blok enzim sehingga terjadi akumulasi enzim

tersebut dalam mitokondria

- enzim ini dapat berdifusi keluar sitosol katalisa

sintesis pirimidin

Leukemia dan limfoma:

- katabolisme asam nukleat meningkat

- ekskresi pseudouridin dalam urine

meningkat (zat ini mudah larut dalam

air sehingga tidak menimbulkan

masalah)

12/9/2008

23