BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

Nukleotida purin dan pirimidin disintesis in vivo dengan kecepatan yang konsisten dengan

kebutuhan fisiologis. Mekanisme intrasel mendeteksi dan meregulasi besarnya jumlah

kompartemen nukleotida trifosfat (NTP) yang meningkat selama masa pertumbuhan atau

regenerasi jaringan ketika sel-sel membelah dengan cepat.

Ada 3 proses yang berperan dalam biosintesis nukleotida purin. Ketiga proses tersebut

diurutkan mulai dari yang paling penting yaitu (1) sintesis dari zat antara amfibolik (sintesis

de novo), (2) fosforilasi purin, dan (3) fosforilasi nukleosida purin.

Inosin Monofosfat (IMP) Disintesis dari Zat Antara Amfibolik

Gambar 2 memperlihatkan zat-zat antara dan 11 reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang

mengubah α-D-ribosa 5 fosfat menjadi inosin monofosfat (IMP). Cabang-cabang terpisah

kemudian menghasilkan AMP dan GMP (gambar 3). Pemindahan fosforil selanjutnya dari

ATP mengubah AMP dan GMP menjadi ADP dan GDP. Perubahan GDP menjadi GTP

melibatkan pemimdahan fosforil kedua dari ATP, sementara perubahan ADP menjadi ATP

tercapai terutama melalui fosforilasi oksidatif.

Katalis Multifungsional Ikut Serta dalam Biosintesis Nukleotida Purin

Pada prokariot, setiap reaksi di Gambar 2 dikatalisis oleh polipeptida yang berlainan.

Sebaliknya, pada eukariot, enzim-enzimnya adalah polipeptida yang mempunyai aktivitas

katalitik multipel dan tempat-tempat katalitiknya saling berdekatan sehingga zat-zat antara

mudah disalurkan di antara tempat-tempat tersebut. Tiga enzim multifungsional yang berbeda

mengkatalisis reaksi 3,4, dan 6, reaksi 7 dan 8, serta reaksi 10 dan 11 pada Gambar 2.

“Reaksi Penyelamatan” Mengubah Purin dan Nukleosidanya Menjadi

Mononukleotida.

Perubahan purin, ribonukleosida, dan deoksiribonukleosidanya menjadi mononukleotida

memerlukan apa yang disebut sebagai “reaksi penyelamatan” (salvage reaction). Reaksi ini

jauh lebih sedikit memerlukan energi dibanding sistesis de novo. Mekanime yang lebih

penting melibatkan fosforilasi oleh PRPP (struktur II, Gambar 2) purin bebas (Pu) untuk

membentuk purin 5’-mononukleotida (Pu-RP).

Pu + PR-PP -> PRP + PPi

Dua fosforibosil transferase kemudian mengubah adenin menjadi AMP, serta mengubah

hipoxantin dan guanin menjadi IMP dan GMP (Gambar 4). Mekanisme “penyelamatan”

kedua melibatkan transfer fosforil dari ATP ke ribonukleosida purin (PuR) :

PuR + ATP -> PuR-P + ADP

Adenosin kinase mengatalisis fosforilasi adenosin dan deoksiadenosin menjadi AMP dan

dAMP, dan deoksisitidin kinase memfosforilasi deoksisitidin dan 2’deoksiguanosin menjadi

dCMP dan dGMP.

Hepar, sebagai tempat utama biosintesis nukleotida purin, menyediakan purin dan nukleosida

purin untuk “diselamatkan” dan digunakan oleh jaringan-jaringan yang tidak mampu

membentuk kedua zat tersebut. Contohnya otak manusia mempunyai PRPP glutamil

amidotransferase dalam kadar yang rendah (reaksi 2, Gambar 2) sehingga bergantung pada

purin eksogen. Eritrosit dan leukosit polimorfonuklear tidak mampu mensintesis 5-

fosforibosilamin (struktur III, Gambar 2) sehingga menggunakan purin eksogen untuk

membentuk nukleotida.

Umpan Balik AMP dan GMP Meregulasi PRPP Glutamil Amidotransferase

Karena membutuhkan glisin, glutamin, derivat tetrahidrofolat, aspartat, serta ATP, biosintesis

IMP bermanfaat dalam regulasi biosintesis purin. Hal yang paling menentukan laju

biosintesis nukleotida purin de novo adalah konsentrasi PRPP, laju sintesis, pemakaian, dan

penguraiannya. Laju sintesis PRPP bergantung pada ketersediaan ribosa 5-fosfat dan pada

aktivitas PRPP sintase, suatu enzim yang peka terhadap inhibisi umpan balik AMP, ADP,

GMP, dan GDP.

Umpan Balik AMP dan GMP Meregulasi Pembentukan AMP dan GMP dari IMP

Dua mekanisme meregilasi perubahan IMP menjadi GMP dan AMP. Umban balik AMP dan

GMP, masing-masing menginhibisi adenilosuksinat sintase dan IMP dehidrogenase (reaksi

12 dan 14, Gambar 3). Selain itu, perubahan IMP menjadi adenilosuksinat hingga menjadi

AMP, memerlukan GTP, dan perubahan xantinilat (XMP) menjadi GMP memerlukan ATP.

Oleh karena itu, regulasi-silang jalur-jalur metabolisme IMP ini berfungsi menurunkan

sintesis sebuah nukleotida purin jika terjadi defisiensi nukleotida-nukleotida lain. AMP dan

GMP juga menginhibisi hipoxantin-guanin fosforibosiltransferase, yang mengubah

hipoxantin dan guanin menjadi IMP dan GMP (Gambar 4), dan umpan-balik GMP

menginhibisi PRPP glutamil amidotransferase. (reaksi 2, Gambar 2).

Reduksi Ribonukleosida Difosfat Membentuk Deoksiribonukleosida Difosfat

Reduksi 2’-hidroksil ribonukleotida purin dan pirimidin, yang dikatalisi oleh kompleks

ribonukleotida reduktase (Gambar 5), membentuk deoksiribonukleosida difosfat (dNDP).

Kompleks enzim ini aktif hanya jika sel sedang aktif mensintesis DNA. Reduksi memerlukan

tioredoksin, tioredoksin reduktase, dan NADPH. Reduktan yang terbentuk yaitu tioredoksin

tereduksi, dihasilkan oleh NADPH : tioreduksin reduktase (Gambar 5). Reduksi

ribonukleosida difosfat (NDP) menjadi deoksiribonukleosida difosfat (dNDP) berada di

bawah kontrol regulatorik yang rumit agar tercapai produksi deoksiribonukleotida yang

seimbang untuk sintesis DNA (Gambar 6).

Manusia mengubah adenosin dan guanosin menjadi asam urat (Gambar 8). Adenosin mula-

mula diubah menjadi inosin oleh adenosin deaminase. Selain pada primata tingkat tinggi,

uratase (uricase) mengubah asam urat menjadi alantoin, suatu produk yang larut air pada

mamalia. Namun karena manusia tidak memiliki uratase, produk akhir metabolisme purin

adalah asam urat.

Berbagai defek genetik pada PRPP sintetase (reaksi 1, Gambar 2) bermanifestasi secara klinis

sebagai gout (pirai). Masing-masing defek-misalnya peningkatan Vmax, peningkatan afinitas

terhadap ribosa 5 fosfat, atau resistensi teradap inhibisi umpan balik-menyebabkan produksi

dan ekskresi berlebihan berbagai katabolit purin. Ketika kadar asam urat serum melebihi

batas kelarutannya, terjadilah kristalisasi natrium urat di jaringan lunak dan sendi sehingga

menimbulkan reaksi inflamasi, artritis gout. Namun, sebagian besar kasus gout

mencerminkan gangguan pengaturan asam urat di ginjal.