METABOLISME NUKLEOTIDAPURIN & PIRIMIDIN

F.Y. WIDODO

BAGIAN BIOKIMIAFAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS WIJAYA KUSUMA SURABAYA

PENDAHULUANBasa Purin & Pirimidin tdp dlm nukleotida DNA/RNA & KoenzimPurin: Adenin, Guanin, Hipoxantin, XantinPirimidin: Sitosin, Timin dan UrasilPrototrophic: dpt mensintesis Purin & PirimidinAs. Nukleat dlm makanan berbentuk Nukleoprotein dipecah enzim proteolitik protein + Asam NukleatSelanjutnya oleh enzim Ribonuklease, Deoksiribonuklease & Polinukleotidase, asam nukleat dipecah menjadi MononukleotidaNukleotida dihidrolisis oleh Nukleotidase & Fosfatase menjadi Nukleosida + asam sulfatNukleosida Fosforilase usus basa Purin / Pirimidin Purin oksidasi ASAM URAT

Tata nama

PENDAHULUANAsam nukleat (dimakan dalam bentuk nukleoprotein)Enzim proteolitik --------------------- di ususAsam nukleatNuklease (DNAase & RNAase) ------ di getah pankreasNukleotidaPolinukleotidase = fosfoesterase---di ususMononukleotidaNukleotidase & fosfataseNukleosidaFosforilase ----------- ususBasa purin & pirimidin

GuaninAdenosin

XantinInosin, HipoxantinAsam urat

Absorbsi di usus

Ekskresi sebagai asam uratdi urine

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

Conversion of IMP to AMP and GMP

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURINPada manusia, biosintesis purin untuk memenuhi kebutuhan asam nukleatUreotelic: bahan akhir dari bahan nitrogen yang tidak berguna berupa ureumUricotelic:bahan akhir dari bahan nitrogen yang tidak berguna berupa asam urat (ekskresi melalui urine)

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURINInhibitor: beberapa metabolit yang mirip glutamin (antifolate drugs):- Azaserin= reaksi 5- Diazanorleusin= reaksi 2- 6-merkapto purin= reaksi 13 & 14- Asam mikrofenolat= reaksi 14Perubahan AMP & GMP menjadi nukleosida difosfat & trifosfat dikatalisis Nukleosida monofosfat kinase & Nukleosida difosfat kinaseUntuk adenilat, difosforilasi oleh Myokinase

ATP ADP ATP ADPNukleosidaNukleosida Nukleosidamonofosfatdifosfat trifosfatKinaseKinase

Synthetic Pyrimidine and Purine analogs.

Purin Salvage PathwayKonversi purin, ribonukleosida, deoxyribonukleosida menjadi mononukleotidaMemerlukan energi yang lebih rendah daripada sintesis de novoFosforibosilasi purin bebas oleh PRPP membentuk purin 5'-mononukleotida (Pu-RP).Pu + PRPP PRP + PPiAda 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 AMPb. Hipoxantin-guanin fosforibosil transferase (HGPRT) Memfosforibosilasi hipoxantin dan guanin menjadi IMP dan GMPProses fosforibosilasi dengan HGPRT lebih aktif daripada APRT

Purin Salvage Pathway2.Fosforilasi langsung ribonukleosida purin oleh ATPPurin + ATP ADP + Purin-p- Adenosin kinase :Adenosin AMP Deoksiadenosin dAMP- Deoksisitidin kinase: Deoksisitidin dCMP Deoksiadenosin dAMP 2-Deoksiguanosin dGMPJalur ini dilakukan di liver basa purin dipakai oleh jaringan lain yang tdk bisa mensintesis purinOtak: PRPP amidotransferase iEritrosit & 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.

Regulasi Biosintesis Purin3. Reaksi (12) & (14)IMP AMP + GMPAMP menghambat adenilosuksinat sintetaseGMP menghambat IMP dehidrogenaseIMPAdenilosuksinat AMP (perlu GTP)

XMPGMP(perlu ATP)Regulasi menyilang untuk mencegah sintesis 1 macam nukleotida purin bila terjadi defisiensi dari nukleotida lainReduksi 2-hidroksil nukleotida purin & pirimidin dikatalisis oleh kompleks ribonukelotida reduktase dNDPs. Enzim hanya aktif ketika sel aktif mensintesis DNAReduksi NDPs menjadi dNDPs merupakan kontrol keseimbangan produksi deoksiribonukleotida untuk sintesis DNAGTPATP

Skema pengontrolan kecepatan regulasi sintesa purin (de novo)

Regulasi perubahan IMP menjadi AMP atau GMP

Regulasi Biosintesis Purin

Regulasi Biosintesis PurinUntuk pembentukan IMP dibutuhkan 6 ikatan fosfat bertenaga tinggi dan: glisin, glutamin, meteniltetrahidrofolat dan aspartatRegulator terpenting adalah konsentrasi PP ribose P dalam selRegulasi konsentrasi PP ribose P ini tergantung dari perbandingan kecepatan sintesanya dan pemakaian/degradasinyaKecepatan sintesanya tergantung:Adanya substrat, terutama ribose-5P sebab lebih sedikit terdapat daripada ATPAktivitas PP ribose P sintetase yang tergantung dari kadar fosfat intrasel dan kadar ribonukleotida purin dan pirimidin yang dapat bertindak sebagai allosterik regulator

Regulasi Biosintesis PurinKecepatan pemakaian/degradasi PP ribose P tergantung:Pemakaiannya dalam salvage pathway yang dapat mengfosforibosilasi hipoxantin dan guaninSintesa purin de novoPada laki-laki dengan defisiensi HGPRT yang menurun terdapat:1. kadar PP ribose P dalam eritrosit yang meningkat2. 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

Katabolisme PurinHasil akhir: asam uratGuanin & hipoxantin xantin asam urat

Katabolisme PurinHasil akhir katabolisme purin pada manusia adalah asam urat99% 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 goutPada orang normal (dalam jumlah kecil): asam urat (berasal dari metabolisme asam nukleat oleh flora bakteri dalam usus) diabsorbsi dan langsung diekskresiPada golongan primata rendah: terdapat enzim urikase yang merubah asam urat menjadi allantoin yang sangat mudah larut dalam air

Katabolisme PurinPada amfibi, burung dan reptil tidak mempunyai urikase sehingga mereka mengekskresikannya dalam bentuk asam urat dan guanin18-20 % 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 ususPada manusia pemecahan asam urat menjadi CO2 + NH3 tidak tergantung dari flora ususNa-urat pada manusia akan difiltrasi oleh glomerulus dan direabsorbsi dan sebagian disekresikan pada tubulus proximal loop dari Henle dan direabsorbsi lagi oleh tubulus distalisTotal ekskresi asam urat manusia dalam 24 jam = 400-600 mgAspirin (dosis tinggi): menghambat ekskresi dan reabsorbsi asam urat

BIOSINTESIS PIRIMIDINMEMERLUKAN: PRPP, glutamin, CO2, aspartat, H4folatBeda dg biosintesis purin: ribosefosfat disini diikat pada akhir reaksiEnzim pd reaksi (4): dlm mitokondria, lainnya dlm sitosol(12) H2Folat H4Folat oleh dihidrofolat reduktase dipakai lagi. Inhibitor: MTX (methotrexat)

PIRIMIDIN SALVAGE PATHWAYMammalia tidak dapat mengubah basa pirimidin bebas menjadi nukleotidanya, tetapi mempunyai salvage pathway untuk mengubah nukleosida pirimidin, uridin, sitidin dan timidin menjadi nukleotida pirimidinnyaEnzim orotat fosforibosiltransferase dapat mengsalvage asam orotat menjadi OMP, tetapi asam orotat tidak dianggap sebagai basa pirimidin murniEnzim 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

PIRIMIDIN SALVAGE PATHWAY ATP ADPURIDINUMP

SITIDINCMP

ATPADP

TIMIDINTMP

URIDIN-SITIDIN KINASETIMIDIN KINASE

Katabolisme PirimidinTerutama 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 b- alanin (dari sitosin dan urasil) dan b- amino isobutirat (dari timin)

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

Ekskresi b-aminoisobutirat juga meningkat 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 PirimidinMelalui 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 PAspartat transkarbamoilase dpt dihambat oleh CTP2.3 enzim pertama dan 2 enzim terakhir diregulasi secara represi dan derepresi yang terkoordinasi

Regulasi Biosintesis PirimidinPada pemeriksaan isotop, kecepatan sintesis purin sejajar dengan sintesa pirimidin adanya kontrol untuk sintesa purin dan pirimidinEnzim PP ribose P sintetase (untuk pembentukan nukleotida purin dan pirimidin) dapat dihambat secara feedback oleh nukleotida purin dan pirimidinEnzim karbamoil sintetase dihambat secara feedback oleh nukleotida purin dan pirimidin dan diaktifkan oleh PP ribose PKesimpulan ada suatu regulasi menyilang (cross regulation) antara sintesa nukleotida purin dan pirimidin

Regulasi Biosintesis Pirimidin

KELAINAN METABOLISME PURIN Hiperurikemia dan GoutBentuk asam urat tergantung dari pH sekitarnya, pH pada keadaan fisiologis didapatkan hanya asam urat dan garam monosodium dari uratpH < 5,75 terutama terdapat dalam bentuk asam uratpH = 5,75 jumlah asam urat = Na uratpH > 5,75 terutama terdapat dalam bentuk Na uratMiseible urate pool dari tubuh dapat digambarkan dari kadar Na urat dalam serumHiperurikemia: bila kadarnya melebihi jumlah kelarutan Na urat dalam serum, serum jenuh dengan urat dan kristal Na urat akan mengendapKelarutan Na urat dalam serum pada 37C adalah 7 mg/dl

Endapan Na urat dapat bertumpuk di dalam atau sekitar sendiTophi: tumpukan asam urat pada sendiPenumpukan kristal Na urat pada jaringan meliputi fagositosis dari kristal oleh lekosit polimorfonulear pada sendi dan dapat menyebabkan reaksi peradangan akut (acute gouty arthritis)

Keradangan yang kronis pada sendi karena penumpukan tophi dapat menyebabkan kerusakan pada sendiDalam air kelarutan asam urat adalah 1/17 dari Na uratpH 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 airPengendapan asam urat dapat dicegah dengan membuat urine jadi alkalis sehingga asam urat yang terjadi lebih mudah larutKristal Na urat berbentuk jarum

Keadaan hiperurikemia dapat dibagi 2:1. Ekskresi urat yang terganggu:Gangguan pada ginjal menyebabkan peningkatan serum urat walaupun produksinya normal2. Ekskresi asam urat yg berlebihan karena overproduksi:a. Sekunder karena penyakit lain, misal: keganasan, psoriasisb. Gangguan enzim:- PPRP sintetase h nukleotida purin h- Defisiensi HGPRT PPRP h sintesis de novo nukleotida purin h- Defisiensi glukosa 6P-ase katabolisme purin h pembentukan asam urat hc. Sebab yang tidak diketahui

Lesch-Nyhan syndrome HGPRT i X linked resesifcerebral palsy, choreoathetosis, spasticityhiperurikemia (overproduksi) batu asam uratself mutilationHeterozygote defisiensi HGPRT sebagian hiperurikemia saja tanpa disertai gangguan neurologissering disertai peningkatan PP ribose P dalam sel karena gangguan pada salvage pathway

Von Gierkes DiseaseHMP shunt h ribose 5P h sehingga PPRP h overproduksi purin hiperurikemiaJuga didapatkan defisiensi glukosa 6P-aseTerdapat laktat asidosis kronis peningkatan nilai ambang ginjal untuk sekresi asam urat penumpukan asam urat dalam tubuh

HipourikemiaSekresi h atau produksi IGangguan genetik atau penyakit liver berat defisiensi xantin oksidaseEkskresi oksipurin, hipoxantin dan xantin bila sangat berat dapat terjadi xantinuria dan pembentukan batu xantinPada 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

HipourikemiaGuanosin dan deoksiguanosin tidak mudah larut sehingga dapat terjadi batu ginjalPenyakit 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 B normalPenyebab: autosomal resesifDefisiensi purin sangat jarang pada manusia, pada umumnya karena defisiensi asam folat dan vitamin B12

KELAINAN METABOLISME PIRIMIDIN

Hasil akhir katabolisme pirimidin: CO2, ammonia, beta alanin dan propionat mudah larut dalam air bila over produksi jarang didapati kelainan-kelainanHiperurikemia dengan overproduksi PPRP peningkatan nukleotida peningkatan ekskresi dari beta alaninDefisiensi folat dan vitamin B12 defisiensi TMP

b - aminoisobutirat Aciduria- kelainan autosomal resesif- diturunkan, terutama pada orang-orangAsia dan tidak ada hubungannya dengan penyakit-penyakit lain

Hereditary orotic aciduriatipe I:- tipe yang lebih sering def. orotat fosforibosil transferase & orotidilat dekarboksilase- terjadi anemia megaloblastik, tdp kristal jingga dalam urinetipe II: - krn defisiensi orotidilat dekarboksilaseTerapi:a. Allopurinol (4hidroksipirazolo pirimidin) - purin analog menghambat xantin oksidase - menghambat fosforibosilasi asam orotatb. 6-azauridin setelah diubah jadi 6 azauridilat - inhibitor kompetitif untuk OMP dekarboksilase

Reyes Syndrome:Gangguan pada mitokondria hatiOrotikasiduria sekunder karena ketidakmampuan mitokondria memakai karbamoil fosfat (pada defisiensi ornitin trankarbamoilase) overproduksi asam orotatDefisiensi 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)