Metabolisme Nukleotida Purin Dan Pirimidin: Murniati Tiho Yanti Meilen Mewo

MURNIATI TIHO

Metabolisme Nukleotida Purin dan Pirimidin

Yanti Meilen Mewo Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran Unsrat

Purin dan Pirimidin

Nukleosida Nukleotida

Pokok bahasan

Sintesis Nukleotida Purin Katabolisme Purin Sintesis Nukleotida Pirimidin Katabolisme Pirimidin

PURIN DAN PIRIMIDIN Senyawa heterosiklik yang mengandung nitrogen dengan cincin mengandung karbon dan unsur-unsur lain (atom hetero)

NUKLEOSIDA  Turunan purin dan pirimidin • Penambahan gula ribosa atau deoksi ribosa pada basa nitrogen (basa purin dan pirimidin) • melalui ikatan ß-N-glikosida • dengan atom N-1 primidin atau N-9 purin • Jika Ribosa  Ribonukleosida • Jika 2-Deoksiribosa Deoksiribonukleosida

NUKLEOSIDA Ribonukleosida A, G, C, U :

Deoksiribonukleosida A, G, C, T :

Adenosin, Guanosin, Sitidin, Uridin

Deoksiadenosin, Deoksiguanosin, Deoksisitidin, Deoksitimidin (Timidin)

NUKLEOTIDA • Penambahan satu atau lebih gugus fosfat pada Nukleosida (Fosforilasi Nukleosida) • Terdiri atas :- Basa Nitrogen, - Monosakarida Pentosa - Satu, dua atau tiga gugus Fosfat • Basa Nitrogen berasal dari : Purin dan Pirimidin

• Peran Nukleotida 1. Sintesis DNA dan RNA 2. Pembawa zat antara pada sintesis KH, Protein, Lemak : UDP-Glukosa, CDP-Kolin 3. Komponen struktural Koenzim : FAD, NADH,NADP 4. Second Messenger : cAMP, cGMP 5. Sebagai arus energi dalam sel: ATP 6. Senyawa pengatur berbagai jalur metabolisme zat antara

courtesy of shanehopkins biochemistry flashcard

• 5 Basa Heterosiklik penyusun asam nukleat Purin : Adenin (A) & Guanin (G) Pirimidin : Sitosin (C), Timin (T) dan Urasil (U) • Semua Asam Nukleat mengandung : Adenin, Guanin dan Sitosin • DNA : Adenin, Guanin, Sitosin & Timin (ada satu gugus metil) RNA : Adenin, Guanin, Sitosin & Urasil

• Penambahan Gugus Fosfat Gugus fosfat pertama pada 5’-OH Pentosa dengan ikatan ester  Nukleosida 5’fosfat (5’Nukleotida) • Jika I gugus fosfat pada 5’-karbon pentosa Nukleosida Monofosfat (NMP) : AMP(Adenilat), TMP (Asam Timidilat), UMP (Asam Uridilat) - 2 gugus fosfat  Nukleosida Difosfat : ADP - 3 gugus Fosfat  Nukleosida Trifosfat : ATP

• -

Nukleotida alamiah Derivat adenosin : ADP dan ATP Derivat Guanosin : GDP dan GTP Derivat Urasil : UDP-Glu dan UDP-Gal

• Derivat Sintetik 5-Fluoro urasil analog Timin 5-yodo urasil 5-Fluoro deoksiuridin 5-Yodo deoksiuridin

analog Timidin

Metabolisme Nukleotida Purin dan Pirimidin • Pencernaan - Asam Nukleat dalam makanan berbentuk Nukleoprotein - Enzim Nuklease pankreas (Ribonuklease dan Deoksiribonuklease) As. Nukleat  Oligonukleotida - Enzim Usus oleh Fosfodiesterase pankreas Oligonukleotida  3’- dan5’-mononukleotida

- Di dalam sel mukosa usus halus oleh Nukleotidase Mononukleotida  Nukleosida - Oleh Nukleosidase ( Nukleosida fosforilase) Nukleosida  Basa bebas + (deoksi) ribosa 1-fosfat - Basa purin dari makanan  asam urat dalam sel mukosa usus halus  darah  diekskresi ke dalam urin - Sisa purin dari makanan akan dimetabolisme oleh flora usus

• Nukleosida dapat langsung diserap atau dipecah menjadi basa purin atau basa pirimidin bebas oleh fosforilase usus

• Basa purin atau basa pirimidin dapat dioksidasi - Guanosin  Guanin  Xantin As. Urat - Adenosin  Inosin  Hipoxantin  Xantin As. Urat

Sintesis Nukleotida Purin

• Nukleotida purin dapat disintesis melalui dua cara : 1. Sintesis de novo (Sintesis dari zat antara amfibolik) 2. Reaksi penyelamatan (purine salvage pathway) - Fosforibosilasi basa purin bebas - Fosforilasi nukleosida purin

• Sumber atom karbon dan nitrogen cincin purin : - Aspartat - Glisin - Glutamin - CO2 - N10-formiltetrahidrofolat

Sumber atom karbon dan nitrogen cincin purin

Sintesis de novo • Membutuhkan 11 reaksi dan 6 molekul Adenosin Trifosfat (ATP) untuk setiap sintesis purin. • Melibatkan glisin, α-D-ribosa 5-fosfat, glutamin, aspartat, CO2 dan N10-formiltetrahidrofolat sebagai prekursor • Berlangsung terutama di Hati/Hepar • Purin disintesis dalam bentuk ribonukleotida pertama yaitu inosin monofosfat (IMP) dan dari IMP diturunkan adenosin monofosfat (AMP) dan guanosin monofosfat (GMP)

• 1. Sintesis 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP) Ribosa 5-fosfat + ATP  PRPP Perpindahan pirofosfat dari ATP ke karbon 1 ribosa 5- fosfat Enzim : PRPP Sintetase Terkait kromosom-X diaktifkan : Pi dihambat : nukleotida purin Gula PRPP : Ribosa

• 2. Sintesis 5- fosforibosilamin PRPP + Glutamin  5-fosforibosilamin Glutamin sebagai donor Nitrogen

Enzim : Glutamin fosforibosil pirofosfat amidotransferase Dihambat : 5-nukleotida AMP dan GMP (guanilat) Laju reaksi diatur oleh konsentrasi PRPP

3. Sintesis senyawa Glisinamida Ribosil-5-Fosfat 5-Fosforibosilamina + Glisin  Glisinamida Ribosil-5-Fosfat Enzim : Fosforibosilglisinamida sintetase Reaksi : Kondensasi

4.Sintesis Senyawa Formilglisinamida Ribosil-5-Fosfat Glisinamida Ribosil-5-Fosfat + N5,N10 –MethenilH4 Folat Formilglisinamida Ribosil-5-Fosfat Enzim :Glisinamida Ribosil-5-Fosfat Formiltransferase

5. Sintesis senyawa Formilglisinamidin Ribosil-5-Fosfat

Enzim : Formilglisinamida Ribosil-5fosfat Sintetase Reaksi : Amidasi C4 Formilglisinamida Ribosil-5-Fosfat Glutamin sebagai donor Amida

Reaksi membutuhkan ATP

• 6. Pembentukan senyawa Aminoimidazol Ribosil-5-Fosfat Reaksi : Penutupan cincin imidazol dan dehidrasi (Pelepasan H2O) Enzim : Aminoimidazol Ribosil-5-fosfat Sintetase Membutuhkan ATP • 7.Pembentukan senyawa Aminoimidazol Karboksilat Ribosil-5-Fosfat Reaksi : Karboksilasi (Penambahan CO2) Enzim : Aminoimidazol Ribosil-5-fosfat Karboksilase

• 8. Sintesis senyawa Aminoimidazol Suksinil Karboksamida Ribosil-5-Fosfat • Aminoimidazol karboksilat ribosil-5-fosfat + Aspartat  Aminoimidazol Suksinil Karboksinamida Ribosil-5-Fosfat Reaksi : Kondensasi Enzim : Aminoimidazol Suksinil karboksinamida ribosil-5-fosfat sintetase

• 9. Pembentukan senyawa Aminoimidazol karboksamida ribosil-5-fosfat Reaksi : Pembebasan gugus suksinil (sebagai Fumarat) dari senyawa Aminoimidazol Suksinil Karboksamida Ribosil-5-Fosfat Enzim : Adenilosuksinase

• 10. Sintesis senyawa Formimidoimidazol karboksamida ribosil-5-fosfat Reaksi : Pemindahan gugus formil senyawa N10formil-tetrahidrofolat ke senyawa Aminoimidazol karboksamida ribosil-5-fosfat Enzim : Formil Transferase

• 11. Sintesis senyawa Inosin Monofosfat (IMP) Reaksi : Penutupan cincin senyawa Formimidoimidazol karboksamida ribosil-5-fosfat Enzim : IMP Siklohidrolase

• Konversi IMP menjadi AMP dan GMP 12. Sintesis senyawa Adenilosuksinat Reaksi : Penambahan aspartat pada IMP Enzim : Adenilosuksinat Sintetase 13. Sintesis senyawa Adenosin 5’Monofosfat (AMP) Reaksi : Pelepasan Fumarat Enzim : Adenilosuksinase

14. Sintesis senyawa Xantosin Monofosfat (XMP) Reaksi : Oksidasi IMP Enzim : IMP Dehidrogenase Membutuhkan NAD+ dan air • 15. Sintesis senyawa Guanosin Monofosfat (GMP) Reaksi : Transamidasi gugus 2-okso pada XMP oleh nitrogen amida senyawa glutamin Enzim : Transamidinase

Pengaturan sintesis Purin

Jalur Penyelamatan Purin (Purine Salvage Pathway) • Mengubah kembali purin yg berasal dari as. Nukleat sel normal atau dari makanan yg tidak dapat didegradasi menjadi nukleosida trifosfat dan digunakan tubuh. • Dua enzim yang terlibat : - Adenin Fosforibosil transferase (APRT) - Hipoxantin Guanin Fosforibosil Transferase (HGPRT)

• Adenin Fosforibosil transferase (APRT) Memfosforibosilasi Adenin dengan PRPP membentuk AMP

• Hipoxantin Guanin Fosforibosil Transferase (HGPRT) Memfosforibosilasi : Hipoxantin  IMP Guanin  GMP

• Purin Nukleosida Fosforilase mengkatalisis reaksi fosforilasi nukleosida Guanosin  Guanin + Ribosa 1-fosfat Inosin  Hipoxantin + Ribosa 1- fosfat

Katabolisme Purin • Hasil akhir katabolisme purin : Asam Urat • 1. Reaksi pelepasan gugus amino - AMP  IMP oleh AMP Deaminase - Adenosin  Inosin (hipoxantinribosa) oleh Adenosin deaminase • 2. Oleh enzim 5’nukleotidase - IMP  Inosin - GMP  Guanosin

• 3. Inosin  Hipoxantin Guanosin  Guanin Oleh Purin Nukleosida Fosforilase • 4. Guanin  Xantin oleh Guanase (deaminasi) Hipoxantin  Xantin oleh Xantin oksidase • 5. Xantin  Asam Urat oleh Xantin Oksidase • Asam Urat : - produk akhir degradasi purin - diekskresi lewat urin

Katabolisme Purin

Sintesis Pirimidin • Membutuhkan PRPP, CO2, Glutamin dan Aspartat • 1. Sintesis senyawa karbamoil fosfat Glutamin + CO2  Karbamoil fosfat Enzim : Karbamoil fosfat sintetase (CPS II) Diaktifkan : PRPP Dihambat : UTP

• 2. Sintesis senyawa karbamoilaspartat Aspartat + Karbamoil fosfat  Karbamoilaspartat Enzim : aspartat transkarbamoilase Reaksi : Kondensasi • 3. Sintesis senyawa Dihidroorotat Enzim : Dihidroorotase Reaksi : Penutupan cincin pirimidin dan pelepasan H2O

• 4. Sintesis senyawa Orotat (asam orotat) Enzim : Dihidroorotat Dehidrogenase Koenzim : NAD Reaksi : Oksidasi • 5. Sintesis senyawa Orotidin 5’-Monofosfat (OMP/orotidilat) Enzim : Orotat Fosforibosil transferase Reaksi : Penambahan gugus ribosa fosfat Pelepasan gugus pirofosfat Sebagai donor ribosa fosfat : PRPP

• 6. Sintesis senyawa Uridin Monofosfat (UMP)/Uridilat Enzim : Orotidilat Dekarboksilase Reaksi : Pelepasan gugus karboksil (dekarboksilasi) ( Orotidilat dekarboksilase dan orotat fosforibosil transferase disebut : UMP Sintase)

• 7 & 8. Sintesis senyawa UDP & UTP Enzim : UMP Kinase & Nukleotida difosfokinase Reaksi : fosforilasi UMP

• 9. Sintesis senyawa Sitidin trifosfat (CTP) Enzim : CTP Sintetase Reaksi : Aminasi UTP dengan Glutamin donor gugus amino Memerlukan : ATP Menghasilkan : Nitrogen

• 9. - Sebagian CTP  CDP (substrat utk ribonukleotida reduktase) Reaksi : defosforilasi - dCDP  dCTP ( Untuk sintesis DNA) Reaksi : fosforilasi - dCDP dCMP Reaksi : defosforilasi - dCMP dUMP Reaksi : deaminasi

• 10. Sintesis senyawa deoksitimitidin monofosfat (dTMP) Enzim : Timidilat Sintase Reaksi : Metilasi Sebagai donor gugus metil : N5,N10-Metilen tetrahidrofolat

Jalur Penyelamatan Pirimidin • Mengubah ribonukleosida pirimidin : uridin & sitidin deoksiribonukleosida pirimidin : timidin & deoksisitidin  nukleotida UMP, CMP, TMP dan dCMP Enzim : Nukleosida kinase • Asam Orotat  Orotidin monofosfat (OMP) Enzim : Orotat fosforibosiltransferase

Katabolisme Pirimidin • Katabolisme pirimidin menghasilkan senyawa yang mudah larut air seperti : CO2, NH3, βalanin,dan β-aminoisobutirat • Terjadi di hati • Nukleotida pirimidin (defosforilasi) Nukleosida pirimidin (pemutusan)  Ribosa-1-fosfat & basa pirimidin bebas (Sitosin, urasil & timin)

• Sitosin  Urasil  CO2, NH4+ & β-alanin deaminasi Timin  CO2, NH4+ & β-aminoisobutirat • Produk katabolisme diekskresi lewat urin atau diubah menjadi CO2, H2O & NH4+ (membentuk urea)

Katabolisme Pirimidin

REFERENSI • Ferrier, DR. Lippincott’s Ilustrated Reviews Biokimia Edisi ke-6 Jilid Dua. Binarupa Aksara Publisher. 2014. hal. 79-98. • Rodwell VW. Metabolisme Nukleotida Purin dan Pirimidin. Biokimia Harper Edisi 27. Murray RK, Granner DK, Rodwell VW editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC. 2009. hal 311-320