METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDIN

NUKLEOTIDA

H. Mohammad HanafiMBBS.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 mensin-tesa purin dan pirimidin. Asam nukleat dari makanan akan di-katabolisme 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

BasaNukleosidaNukleotida

PolinukleotidaTerikat dgn 3’-5’ fosfodiesterDNA double stranded anti paralel

De novo sintesa Purin nukleotida

Basa purin disintesa dalam bentuk nukleotida

Ribosa 5-fosfat dengan ATP akan membentuk 5-fosforibosil 1-pirofosfat (PRPP)Enzim yg mengkatalisa :PRPP sintaseTerjadi dalam banyak jaringanPRPP berfungsi : juga dlm sintesa pirimidin, “salvage pathways”, NAD dan NADPDipengaruhi oleh : Di dan Tri fosfat,

2,3 DP Gliserat

PRPP + Gln PRA GAR

FGARFGAMAIR

CAIR SAICAR AICAR

FAICARIMP

1 2 3

456

7 89

10

2, 4, 5, 6, dan 7perlu ATP

Ringkasan de novo sintesa purin nukleotida

Mekanisme kontrol pada de novo sintesa purin nukleotida

Fase pertama : thd amidotransferase(oleh inhibitor-inhibitor dan atau PRPP)Pengaturan kadar ATP dan GTP(ATP diperlukan dlm sintesa GMP GTP diperlukan dlm sintesa AMP)Ada beberapa “feedback inhibition”

FeedbackInhibition in

Purine NucleotideBiosynthesis

Katabolisme dan “salvage” purin nukleotida

• Dalam usus : asam nukleat oleh ribonuklease atau deoksiribonuklease polinukleotida nukleotida (fosfodiesterase) nukleosida (nukleosidase) :

basa pur / pir + ribosa (lumen usus)basa pur / pir + Ribose 1-fosfat (dR 1-P)(dlm sel: nukleosid fosforilase)

Basa Pur / Pir dipecah (usus, hepar)“salvage” nukleotida

R 1-P (dR 1-P) R 5-P (dR 5-P)R 5-P PRPP

MHP Shunt

Allopurinol menghambatXanthine oksidase danXanthine dehidrogenase

Santin (Xanthine) oksidase : pd mammalia adalah enzim ekstra selluler.Mungkin suatu perubahan bentuk dari santin (xanthine) dehidrogenase (enzim intra selluler)

Daur “salvage” (daur penyelamatandaur ulang):

AdeninGuaninHiposantin

Nukleotida

Adenin + PRPP AMP + PPi

Hiposantin + PRPP IMP + PPiGuanin + PRPP GMP + PPi

Adeninfosforibosiltransferase (APRT)

Hiposantin-guanin fosforibosiltransferase (HGPRT)

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 inflamasi, artritis.Lesch-Nyhan sindrom: gejala gout, mal-fungsi syaraf (retardasi mental), pada yg parah

“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 urat, PRPP de novo sintesa (bisa untuk “salvage”.

Severe combine immunodeficiency disease( SCID)

SCID kekurangan adenosin deaminase (ADA).(adenosin inosin). Limfosit B dan T rusak.Tidak ada ADA dAdenosin dATPdATP tinggi (50x) menghambat sintesa DNA.

tidak bisa poliferasi.Penderita meninggal sebelum mencapai 1 th.

Penyakit Von Gierke’s.Kekurangan glukosa 6 fosfatase G 6P ↑HMP Shunt Ribosa 5P PRPP Purin

Asam urat

Pirimidin

De novo sintesa Pirimidin nukleotida

• Lebih sederhana dari sintesa purinPRPP ditambahkan setelah cincin pirimidin terbentuk.Cincin pirimidin berasal dari :Bikarbonat ( C-2 ), Amida glutamin ( N-3 ), aspartat ( C-4, C-5, C-6 dan N-1 )Ada 6 tahap

UMP UDP(ATP ADP)

UDP UTP(ATP ADP)

Mekanisme kontrol pada de novo sintesa pirimidin nukleotida

Pada manusia : terutama pada CPSII

Dihambat oleh : UTP (UMP)Diaktivasi oleh : PRPP

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.Ada dua tahap:1.Basa + ribosa 1-fosfat Nukleosida +

Pi (nukleosida fosforilase)2.Nukleosida + ATP Nukleotida + ADP

(nukleosida kinase)

Interkonversi Nukleotida

Basa-monofosfat + ATP Basa-difosfat + ADP(nukleosida monofosfat kinase)

AMP + ATP 2 ADP(adenilat kinase)

Monofosfat hasil de novo sintesa, yang paling banyak diperlukan adalah bentuk trifosfat.

Nukleosida difosfat kinase (spesifitas luas)BDP + ATP BTP + ADP

Pembentukan deoksiribonukleotida

• De novo sintesa dan sebagian besar jalur “salvage” melibatkan nukleotida (kecuali timin, sedikit sekali lewat jalur “salvage”BDP direduksi pd pos. 2’ ribosa dBDPEnzim : nukleosida difosfat reduktase

tioredoksin (thioredoxin)Tioredoksin teroksidasi + NADPH HS-T-SH + NADP

Inhibitor dATPAktivator : ATP (nonspesifik)Aktivator spesifik : BTP atau dBTP

Kebutuhan untuk pembentukan DNA terpenuhi

Enzim : Nukleotida difosfat reduktase

Sintesa dTMP• dTMP (dTTP) tidak dibentuk dlm sintesa

de novo; alur “salvage” tidak cukupCDP dCDP dCMP dUMP

1 2 3dTMP dTTP1=nukleosida difosfat reduktase2=dCMP deaminase3=timidilat sintetase

Katabolisme pirimidin nukleotida

Tahapan awal = purinCMP dan UMP β-alanin + CO2 + NH3dTMP β-amino isobutirat + CO2 + NH3Hasil katabolisme bisa masuk ke TCA Cycleβ-alanin Asetil-KoAβ-amino isobutirat Suksinil-KoAPada bakteri : β-alanin KoA

KELAINAN METABOLISME PIRIMIDIN

Hasil akhir metabolisme pirimidin larut dalam air, tidak banyak kelainan yang disebabkannya. Ada dua penyakit bawaan (mempengaruhi sintesa pirimidin)

↑ eksresi asam orotat (orotat aciduria). Kelainan ini disebabkan karena kekurangan enzim yang mempunyai dua fungsi sebagai :

Orotat fosforibosil transferaseOMP 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 ↑ UMP (nukleosida kinase). UMP akan menghambat CPS II, dengan demikian mengurangi pembentukan asam orotat.

KhemoterapiKanker, pembelahan sel tak terkontrolKhemoterapi : menghentikan pembelahan

dan membunuh sel5-fluoro deoksiuridin monofosfat ( FdUMP ) menghambat timidilat sintase (thydimidylate synthase) secara irriversibel. Tapi karena FdUMP bermuatan, senyawa ini tidak bisa masuk ke dalam sel.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, 10-methyl folic acid) dan aminopterin ( 4-amino folic acid) adalah analog

asam folat.Dapat menghambat

dihidrofolat reduktase. menghambat 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