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 d an 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 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’deoksigu anosin 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 5fosforibosilamin (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 mulamula 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.
