metabolisme purin dan pirimidin nukleotida

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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ Enzim : nukleosida difosfat reduktase
tioredoksin (thioredoxin)
9Tioredoksin teroksidasi + NADPH Æ
HS-T-SH + NADP
Enzim : Nukleotida difosfat reduktase
9 Inhibitor dATP
ƒ 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).
ƒ 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