METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDIN NUKLEOTIDA H. Mohammad Hanafi MBBS.dr.MS.
Kegunaan Biomedis • Sebagai sumber energi (ATP dll) • Bagian dari koenzim • Sebagai regulator dan 2nd messenger (cAMP dan cGMP) • Sebagai penyusun RNA dan DNA
Semua sel dalam tubuh dapat mensintesa purin dan pirimidin. Asam nukleat dari makanan akan dikatabolisme menjadi asam urat (purin) dan β-alanin atau β-amino isobutirat (pirimidin) dan CO2, NH3. Tidak ada purin atau pirimidin dari makanan yang digabung dgn asam nukleat jaringan.
Purin
Pirimidin
NUKLEOSIDA
Nukleosida yang lain
Nukleotida
Nukleotida yang lain
Basa Nukleosida Nukleotida
Polinukleotida Terikat dgn 3’-5’ fosfodiester DNA double stranded anti paralel
De novo sintesa Purin nukleotida
Basa purin disintesa dalam bentuk nukleotida ¾ Ribosa 5-fosfat dengan ATP akan membentuk 5-fosforibosil 1-pirofosfat (PRPP) ¾ Enzim yg mengkatalisa : PRPP sintase ¾ Terjadi dalam banyak jaringan ¾ PRPP berfungsi : juga dlm sintesa pirimidin, “salvage pathways”, NAD dan NADP ¾ Dipengaruhi oleh : Di dan Tri fosfat, 2,3 DP Gliserat
Ringkasan de novo sintesa purin nukleotida
PRPP + Gln AIR
6
CAIR
5
7
1
PRA
FGAM SAICAR IMP
2, 4, 5, 6, dan 7 perlu ATP
2 4 8
10
GAR 3
FGAR AICAR 9
FAICAR
Mekanisme kontrol pada de novo sintesa purin nukleotida Fase pertama : thd amidotransferase (oleh inhibitor-inhibitor dan atau PRPP) ¾Pengaturan kadar ATP dan GTP (ATP diperlukan dlm sintesa GMP GTP diperlukan dlm sintesa AMP) Ada beberapa “feedback inhibition”
Feedback Inhibition in Purine Nucleotide Biosynthesis
Katabolisme dan “salvage” purin nukleotida • Dalam usus : asam nukleat oleh ribonuklease atau deoksiribonuklease Æ polinukleotida Ænukleotida (fosfodiesterase) Æ nukleosida (nukleosidase) : Æ basa pur / pir + ribosa (lumen usus) Æ basa pur / pir + Ribose 1-fosfat (dR 1-P) (dlm sel: nukleosid fosforilase) ¾ Basa Pur / Pir Æ dipecah (usus, hepar) Æ “salvage” Æ nukleotida 9 R 1-P (dR 1-P) ÅÆ R 5-P (dR 5-P) 9 R 5-P Æ PRPP Æ MHP Shunt
Allopurinol menghambat Xanthine oksidase dan Xanthine dehidrogenase
Santin (Xanthine) oksidase : pd mammalia adalah enzim ekstra selluler. Mungkin suatu perubahan bentuk dari santin (xanthine) dehidrogenase (enzim intra selluler)
Daur “salvage” (daur penyelamatan daur ulang):
Adenin Guanin Hiposantin
Nukleotida
Adeninfosforibosiltransferase (APRT)
Adenin + PRPP
AMP + PPi
Hiposantin-guanin fosforibosiltransferase (HGPRT)
Hiposantin + PRPP IMP + PPi
Guanin + PRPP GMP + PPi
Sintesa AMP dari IMP, dan “salvage” IMP melalui katabolisme AMP menghasilkan aspartat menjadi fumarat. Siklus ini penting dalam otot. Aktivitas otot meningkat, perlu ATP, TCA Cycle perlu lebih aktif, perlu senyawa antara (anggota siklus). Otot kekurangan enzim-enzim anaplerotik.
Dalam otot
Masalah klinik metabolisme purin • Gout : Hiperurikemia, NaUrat mengendap dalam cairan sinovial Æ inflamasi, artritis. ¾ Lesch-Nyhan sindrom: gejala gout, malfungsi syaraf (retardasi mental), pada yg parah Æ “self-mutilation”. Meninggal sebelum mencapai usia 20 th. Kehilangan fungsi gene HGPRT. Aktivitas enzim < 1%. Sex-linked. Ekskresi urat > 6x. Sintesa purin de novo +++ (Hiposantin dan guanin Æ urat, PRPP Æ de novo sintesa (bisa untuk “salvage”.
Severe combine immunodeficiency disease ( SCID) SCID kekurangan adenosin deaminase (ADA). (adenosin Æ inosin). Limfosit B dan T rusak. Tidak ada ADA dAdenosin Æ dATP dATP tinggi (50x) menghambat sintesa DNA. Ætidak bisa poliferasi. Penderita meninggal sebelum mencapai 1 th. Penyakit Von Gierke’s. Kekurangan glukosa 6 fosfatase Æ G 6P ↑ Æ HMP Shunt Æ Ribosa 5P Æ PRPP Æ Purin Æ Asam urat
Pirimidin
De novo sintesa Pirimidin nukleotida • Lebih sederhana dari sintesa purin PRPP ditambahkan setelah cincin pirimidin terbentuk. ¾Cincin pirimidin berasal dari : Bikarbonat ( C-2 ), Amida glutamin ( N-3 ), aspartat ( C-4, C-5, C-6 dan N-1 ) 9Ada 6 tahap
UMP Æ UDP (ATP ADP) UDP Æ UTP (ATP ADP)
Mekanisme kontrol pada de novo sintesa pirimidin nukleotida Pada manusia : ¾ terutama pada CPSII Dihambat oleh : UTP (UMP) Diaktivasi oleh : PRPP ¾ OMP dekarboksilase : dihambat oleh UMP dan CMP (pada keadaan normal tidak penting)
Salvage pathways (daur ulang) pirimidin nukleotida. • Pemecahan asam nukleat (tahap awal) sama dengan purin. ¾Ada dua tahap: 1.Basa + ribosa 1-fosfat Æ Nukleosida + Pi (nukleosida fosforilase) 2.Nukleosida + ATP Æ Nukleotida + ADP (nukleosida kinase)
Interkonversi Nukleotida Basa-monofosfat + ATP ÅÆ Basa-difosfat + ADP (nukleosida monofosfat kinase) AMP + ATP ÅÆ 2 ADP (adenilat kinase) Monofosfat hasil de novo sintesa, yang paling banyak diperlukan adalah bentuk trifosfat. Nukleosida difosfat kinase (spesifitas luas) BDP + ATP ÅÆ BTP + ADP
Pembentukan deoksiribonukleotida • De novo sintesa dan sebagian besar jalur “salvage” melibatkan nukleotida (kecuali timin, sedikit sekali lewat jalur “salvage” ¾BDP direduksi pd pos. 2’ ribosa Æ dBDP Enzim : nukleosida difosfat reduktase tioredoksin (thioredoxin) 9Tioredoksin teroksidasi + NADPH Æ HS-T-SH + NADP
Enzim : Nukleotida difosfat reduktase 9 Inhibitor dATP
Aktivator : ATP (nonspesifik) ¾ Aktivator spesifik : BTP atau dBTP
Kebutuhan untuk pembentukan DNA terpenuhi
Sintesa dTMP • dTMP (dTTP) tidak dibentuk dlm sintesa de novo; alur “salvage” tidak cukup ¾CDP Æ dCDP Æ dCMP Æ dUMP Æ 1 2 3 dTMP Æ dTTP 1=nukleosida difosfat reduktase 2=dCMP deaminase 3=timidilat sintetase
Katabolisme pirimidin nukleotida ¾Tahapan awal = purin ¾CMP dan UMP Æ β-alanin + CO2 + NH3 ¾dTMP Æ β-amino isobutirat + CO2 + NH3 ¾Hasil katabolisme bisa masuk ke TCA Cycle ¾β-alanin Æ Asetil-KoA ¾β-amino isobutirat Æ Suksinil-KoA ¾Pada bakteri : β-alanin Æ KoA
KELAINAN METABOLISME PIRIMIDIN Hasil akhir metabolisme pirimidin larut dalam air, tidak banyak kelainan yang disebabkannya. Ada dua penyakit bawaan (mempengaruhi sintesa pirimidin) Æ ↑ eksresi asam orotat (orotat aciduria). Kelainan ini disebabkan karena kekurangan enzim yang mempunyai dua fungsi sebagai : Orotat fosforibosil transferase OMP dekarboksilase
Gejala dan tanda-tanda : hambatan pertumbuhan (retarded growth) anemia berat hipokhromik sumsum tulang megaloblastik (megaloblastic bone marrow). Leukopeni juga sering dijumpai. Kelainan ini bisa diobati dengan uridin dan atau sitidin. Uridin &/ sitidin Æ ↑ UMP (nukleosida kinase). UMP akan menghambat CPS II, dengan demikian mengurangi pembentukan asam orotat.
Khemoterapi ¾ Kanker, pembelahan sel tak terkontrol ¾ Khemoterapi : menghentikan pembelahan dan membunuh sel ¾ 5-fluoro deoksiuridin monofosfat ( FdUMP ) menghambat timidilat sintase (thydimidylate synthase) secara irriversibel. Tapi karena FdUMP bermuatan, senyawa ini tidak bisa masuk ke dalam sel. ¾ Yang diberikan pada pasen adalah 5-fluoro urasil ( FUra) atau 5-fluorodeoksiuridin (FdUrd). Setelah FUra dan FdUrd massuk kedalam sel akan diubah menjadi FdUMP melalui jalur “salvage”.
Metotreksat (methotrexate= 4-amino, 10methyl folic acid) dan aminopterin ( 4amino folic acid) adalah analog asam folat. Dapat menghambat Æ dihidrofolat reduktase. Æmenghambat sintesa de novo nukleotida purin dan dTMP. Kedua senyawa tersebut sangat toksik dan diberikan dibawah pengawasan yang ketat.
4-amino folat
4-amino, 10metil folat
