Transcript Kuliah Pur Pir

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
 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
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)
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)
9.Menyerupai tahap ketiga, 10-formiltetrahidrofolat
menyerahkan gugus formil (-CH=O) 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)
+
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
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)
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”
Feedback
Inhibition in
Purine Nucleotide
Biosynthesis
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 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)
Hip osantin + PRPP IMP + PPi
Guanin + PRPP GMP + PPi
Purin nukleotida fosforilase
(arah kebalikan) dapat juga melakukan
“salvage” (tidak signifikan).
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, malfungsi 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  dATP
dATP 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 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
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 ditransfer ke N dari aspartat  karbamoil
aspartat
(aspartat transkarbamoilase ATCase)
Tahap ketiga : Penutupan cincin
(dihidroorotase) (enzim-enzim di sitoplasma)
Tahap keempat : dihidroorotat dioksidasi
menjadi orotat
(dihidroorotat dehidrogenase), dipermukaan luar membran dalam mitokhondria
Belum banyak diketahui, suatu enzimkompleks.
Tahap kelima : Orotat + PRPP 
Orotidin 5’-monofosfat (OMP) + PPi
(orotatfosforibosil transferase O-PRT)
Tahap keenam : OMP mengalami dekarboksilasi  Uridin 5’-monofosfat (UMP)
(OMP dekarbosilase)
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
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)
Kontrol sintesa
Pirimidin di E. Coli
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  dBDP
 Enzim : nukleosida difosfat reduktase
tioredoksin (thioredoxin)
Tioredoksin teroksidasi + NADPH 
HS-T-SH + NADP
Enzim : Nukleotida difosfat reduktase
 Inhibitor dATP
 Aktivator : ATP (nonspesifik)
 Aktivator spesifik : BTP atau dBTP
Kebutuhan untuk pembentukan DNA terpenuhi
Sintesa dTMP
• dTMP (dTTP) tidak dibentuk dlm sintesa
de novo; alur “salvage” tidak cukup
CDP  dCDP  dCMP  dUMP 
1
2
3
dTMP  dTTP
1=nukleosida difosfat reduktase
2=dCMP deaminase
3=timidilat sintetase
Hubungan sintesa timidilat dan metabolisme
tetrahidrofolat
Katabolisme pirimidin nukleotida
Tahapan awal = purin
CMP dan UMP  β-alanin + CO2 + NH3
dTMP  β-amino isobutirat + CO2 + NH3
Hasil katabolisme bisa masuk ke TCA
Cycle
β-alanin  Asetil-KoA
β-amino isobutirat  Suksinil-KoA
Pada 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 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  ↑ UMP (nukleosida
kinase). UMP akan menghambat CPS II, dengan
demikian mengurangi pembentukan asam
orotat.
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”.
Metotreksat (methotrexate= 4-amino, 10methyl folic acid) dan aminopterin ( 4amino 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