METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDIN NUKLEOTIDA

1
METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDINNUKLEOTIDA

• H. Mohammad Hanafi
• MBBS.dr.MS.

2
Kegunaan Biomedis

• Sebagai sumber energi (ATP dll)
• Bagian dari koenzim
• Sebagai regulator dan 2nd messenger
• (cAMP dan cGMP)
• Sebagai penyusun RNA dan DNA

3
Semua sel dalam tubuh dapat mensin- tesa purin
dan pirimidin. Asam nukleat dari makanan akan
di- katabolisme menjadi asam urat (purin) dan
ß-alanin atau ß-amino isobutirat (pirimidin) dan
CO2, NH3. Tidak ada purin atau pirimidin dari
makanan yang digabung dgn asam nukleat jaringan.
4
Purin
5
Pirimidin
6
NUKLEOSIDA
7
Nukleosida yang lain
8
Nukleotida
9
Nukleotida yang lain
10
Basa Nukleosida Nukleotida
11
Polinukleotida Terikat dgn 3-5 fosfodiester DNA
double stranded anti paralel
12
De novo sintesa Purin nukleotida
13
Basa purin disintesa dalam bentuk nukleotida

• Ribosa 5-fosfat dengan ATP akan membentuk
  5-fosforibosil 1-pirofosfat (PRPP)
• Enzim yg mengkatalisa
• PRPP sintase
• Terjadi dalam banyak jaringan
• PRPP berfungsi juga dlm sintesa pirimidin,
  salvage pathways, NAD dan NADP
• Dipengaruhi oleh Di dan Tri fosfat,
• 2,3 DP Gliserat

14
(No Transcript)
15
Pembentukan IMP
1.PRPP glutamin ? 5-fosforibosilamin (PRA)
(glutamin-PRPP amidotransferase). 2.Gugus amino ?
asilasi oleh glisin ? glisinamid
ribonukleotida (GAR) (GAR sintase) 3.Gugus formil
dari 10-formiltetrahidrofolat pada N-7
menjadi Formilglisinamid ribonukleotida
(FGAR) ( GAR transformilase) 4.Amida diubah
menjadi amidin, memerlukan ATP, glutamin
sebagai sumber N ? formilglisinamidin
ribonukleotida (FGAM) (FGAM sintase)
16
5.Penutupan cincin (5), memerlukan ATP ?
aminoimidazol ribonukleotida (AIR) (AIR sintase)
6.Pengikatan CO2 pada C-5, yang
akan membentuk C-6, ? karboksiimidazol
ribonukleotida (CAIR) (AIR karboksilase).
Tidak memerlukan biotin. CO2 mula-mula
diikatkan pada N-3, kemudian dipindah terikat
pada C-5. Perlu ATP 7 dan 8. Aspartat
berkondensasi dengan karboksilat yang baru
terbentuk menjadi suatu amida, aminoimidazol
suksinilokarboksamida ribonukletida (SAICAR)
(SAICAR sintase). Fumarat dipecah oleh enzim
adenilosuksinat liase dan menghasilkan
amino-imidazol karboksamida ribonukleotida
(AICAR)
17
9.Menyerupai tahap ketiga, 10-formiltetrahidrofola
t menyerahkan gugus formil (-CHO) pada gugus
amino (N-3) dari aminoimidazol karboksamida
ribonukleotida. (AICAR transformilase) 10.Nitrogen
dari amida berkondensasi dengan gugus formil,
dan menutup cincin (6 sudut) purin. (IMP
siklohidrolase)
Mulai tahap ke 1 hingga ke 10 memerlukan 5 ATP,
selain itu pembentukan PRPP juga memerlukan ATP.
(Untuk mengubah glutamat Menjadi glutamin juga
perlu ATP)
18
(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24

25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
Ringkasan de novo sintesa purin nukleotida
31
Pembentukan AMP dan GMP

• IMP dapat diubah menjadi AMP atau GMP
• GMP. IMP dioksidasi menjadi XMP (xanthosine)
  memerlukan NAD
• (IMP dehidrogenase)
• O pada 2 diganti N (glutamin). Perlu ATP
• (GMP sintetase)
• AMP.IMP dpt N (aspartat) mengganti O pd pos. 6.
  (adenilosuksinat sintase)Perlu GTP. Fumarat
  lepas. (adenilosuksinat liase)

32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
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

36
Feedback Inhibition in Purine Nucleotide Biosynthe
sis
37
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

38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
(No Transcript)
41
Allopurinol menghambat Xanthine oksidase
dan Xanthine dehidrogenase
42
Santin (Xanthine) oksidase pd mammalia adalah
enzim ekstra selluler. Mungkin suatu perubahan
bentuk dari santin (xanthine) dehidrogenase
(enzim intra selluler)
43
Daur salvage (daur penyelamatan daur ulang)
Adeninfosforibosiltransferase (APRT)
Hiposantin-guanin fosforibosiltransferase (HGPRT)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
(No Transcript)
47
Purin nukleotida fosforilase (arah kebalikan)
dapat juga melakukan salvage (tidak
signifikan).
48
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.
49
Dalam otot
50
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
• lt 1. Sex-linked. Ekskresi urat gt 6x.
  Sintesa purin de novo (Hiposantin dan guanin
  ? urat, PRPP ? de novo sintesa (bisa untuk
  salvage.

51
Severe combine immunodeficiency disease ( SCID)

• SCID kekurangan adenosin deaminase (ADA).
• (adenosin ? inosin). Limfosit B dan T rusak.
• Tidak ada ADA dAdenosin ? dATP
• dATP tinggi (50x) menghambat sintesa DNA.
• tidak bisa poliferasi.
• Penderita meninggal sebelum mencapai 1 th.

Penyakit Von Gierkes. Kekurangan glukosa 6
fosfatase ? G 6P ? ? HMP Shunt ? Ribosa 5P ? PRPP
? Purin ? Asam urat
52
(No Transcript)
53
Pirimidin
54
De novo sintesa Pirimidin nukleotida

• Lebih sederhana dari sintesa purin
• PRPP 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

55
(No Transcript)
56
(No Transcript)
57

• Tahap pertama Glutamin Bikarbonat 2ATP
• ?Karbamoil fosfat glutamat 2ADP Pi
• Enzim , karbamoil fosfat sintase II (CPS II),
  
• Berbeda dengan CPS I pada sintesa urea.
• -Memakai glutamin
• -Tidak perlu N-asetil glutamat
• Tahap kedua Gugus karbamoil yg aktif di-
• transfer ke N dari aspartat ? karbamoil
• 
  aspartat
• (aspartat transkarbamoilase ATCase)
• Tahap ketiga Penutupan cincin
• (dihidroorotase) (enzim-enzim di sitoplasma)

58
Tahap keempat dihidroorotat dioksidasi
menjadi orotat (dihidroorotat
dehidrogenase), dipermu- kaan luar membran
dalam mitokhondria Belum banyak diketahui,
suatu enzim- kompleks. Tahap kelima Orotat
PRPP ? Orotidin 5-monofosfat (OMP) PPi
(orotatfosforibosil transferase O-PRT) Tahap
keenam OMP mengalami dekarbok- silasi ?
Uridin 5-monofosfat (UMP) (OMP dekarbosilase)
59
Pembentukan CTP
UMP ATP ? UDP ADP (uridilat kinase) UDP
ATP ? UTP ADP (nukleosida difosfat
kinase) UTP
ATP ? CTP (CTP sintase) CTP sintase dihambat
oleh CTP (feeback inhibition) CTP juga dapat
menghambat secara parsial Aspartat
transkarbamoilase (ATCase) Kadar CTP terkontrol
sesuai dengan kebutuhan
60
(No Transcript)
61
(No Transcript)
62
(No Transcript)
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
UMP ? UDP (ATP ADP)
UDP ? UTP (ATP ADP)
67
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)

68
Kontrol sintesa Pirimidin di E. Coli
69
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)

70
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

71
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 ? dBDP
• Enzim nukleosida difosfat reduktase
• tioredoksin (thioredoxin)
• Tioredoksin teroksidasi NADPH ?
• HS-T-SH NADP

72
Enzim Nukleotida difosfat reduktase

• Inhibitor dATP
• Aktivator ATP (nonspesifik)
• Aktivator spesifik BTP atau dBTP

Kebutuhan untuk pembentukan DNA terpenuhi
73
(No Transcript)
74
(No Transcript)
75
(No Transcript)
76
Sintesa dTMP

• dTMP (dTTP) tidak dibentuk dlm sintesa de novo
  alur salvage tidak cukup
• CDP ? dCDP ? dCMP ? dUMP ?
• 1 2
  3
• dTMP ? dTTP
• 1nukleosida difosfat reduktase
• 2dCMP deaminase
• 3timidilat sintetase

77
(No Transcript)
78
(No Transcript)
79
Hubungan sintesa timidilat dan metabolisme
tetrahidrofolat
80
Katabolisme pirimidin nukleotida

• Tahapan awal purin
• CMP dan UMP ? ß-alanin CO2 NH3
• dTMP ? ß-amino isobutirat CO2 NH3
• Hasil katabolisme bisa masuk ke TCA Cycle
• ß-alanin ? Asetil-KoA
• ß-amino isobutirat ? Suksinil-KoA
• Pada bakteri ß-alanin ? KoA

81
(No Transcript)
82
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 transferase
• OMP dekarboksilase

83
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.
84
Khemoterapi

• Kanker, pembelahan sel tak terkontrol
• Khemoterapi menghentikan pembelahan
• dan membunuh sel
• 5-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.

85
(No Transcript)
86
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.
87
4-amino folat
4-amino, 10metil folat