MAKALAH BIOKIMIA METABOLISME NUKLEOTIDA
Anggota Kelompok
:
Ervie Oktavani (H131 10 033)
Irene Frinada N (H131 10 023)
Martina Evi (H131 10 009)
Muslimah (H131 10 053)
Panji Prastowo (H131 10 039)
Rita Duharna S (H131 10 003)
Selli Marselia (H131 10 055)
Syaiful Yusuf (H131 10 017)
Teger Ardyansah B (H131 10 045)
Viana Sari (H131 10 001)
Wibaldus (H131 10 047)
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNIVERSITAS TANJUNGPURA PONTIANAK 2013
Metabolisme Nukleotida A. METABOLISME PURIN DAN PIRIMIDIN
Purin dan pirimidin merupakan inti dari senyawa komponen molekul nukleotida asam nukleat RNA dan DNA. Contoh Purin : Adenin, guanin, hipoxantin, xantin. Di metabolisme menjadi asam urat. Contoh Pirimidin : Sitosin, urasil, timin. Dimetabolisme menjadi CO2 dan NH3.
A.1 Degradasi Purin
asam nukleat yang dilepas dari pencernaan asam nukleat dan nukleoprotein
di
mononukleotida
dalam oleh
traktus
enzim
intestinalis
ribonuklease,
akan
diurai
menjadi
deoksiribonuklease,
dan
polinukleotidase. Enzim nukleotidase dan fortase menghidrolisis mononukleotida menjadi nukleosida yang kemudian bisa diserap atau diurai lebih lanjut oleh enzim fosforilaseintestinal menjadi basa purin serta pirimidi. Basa purin akan teroksidasi menjadi asam urat yang dapat diserap dan selanjutnya dieksresikan ke dalam urin.
Vertebrata terestrial urea ureotelic Burung & reptil
asam urat uricotelic
Binatang di air ammonia ammonotelic
Pada manusia hasil akhir katabolisme purin adalah asam urat. Sebagian mamalia (tidak termasuk manusia) dapat mengoksidasi asam urat menjadi allantoin, yang selanjutnya dapat didegradasi menjadi urea dan amonia. Tahapan reaksi pembentukan asam urat serta berbagai kelainan yang dapat terjadi akibat defisiensi enzim: 1.
Gugus amino akan dilepaskan dari AMP membentuk IMP, atau dari adenosin membentuk inosin (hipoxantin).
2.
IMP dan GMP oleh enzim 5’-nukleotidase 5’ -nukleotidase akan diubah ke bentuk nukleosida, yaitu inosin dan guanosin.
3.
Purine nukleosida fosforilase akan menubah inosin dan guanosin menjadi basa purin, yaitu hipoxantin dan guanin.
4.
Guanin akan mengalami deaminasi menjadi xantin.
5.
Hipoxantin akan dioksidasi oleh enzim xantin x antin oksidase membentuk xantin, yang selanjutnya akan dioksidasi kembali oleh enzim yang sama menjadi asam urat, yang merupakan produk akhir dari proses degradasi purin pada manusia. Asam urat akan diekskresikan ke dalam urin.
A.2 KATABOLISME PURIN 1.
Adenosin → Inosin → Hiposantin → Santin → Asam Urat
2.
Guanosin → Guanin → Santin → Asam Urat
3.
Santin oksidase adalah enzim yang merubah santin → asam urat, enzim tsb banyak terdapat di: hati, ginjal, usus halus
4.
Penyakit Gout (pirai) ditandai oleh tingginya asam urat dalam tubuh, sehingga terjadi penimbunan dibawah kulit berbentuk tophi
A.3 DEGRADASI PIRIMIDIN
KATABOLISME PIRIMIDIN
Sitosin → Urasil → Dihidrourasil → Asam β ureidopropionat → CO2 + NH3
Timin → Dihidrotimin → Asam β ureidoisobutirat → CO2 + NH3 Katabolisme pirimidin terutama berlangsung di hati. Hasil akhir katabolisme
pirimidin: CO2, ammonia, betalanin dan propionat sangat mudah larut dalam air bila
overproduksi
dan
jarang
didapati
kelainan.
Hiperurikemia
dengan
overproduksi PPRP akan terjadi peningkatan nukleotida dan peningkatan ekskresi dari betalanin. Defisiensi folat dan vitamin B12 dengan defisiensi TMP.
B. Biosintesa dan Regulasi Nukleotida
Biosintetis nukleotida Purin Situs utama dari sintesis purin dalam hati. Sintesis dari nukleotida purin dimulai dengan PRPP dan mengarah pada nukleotida sepenuhnya sepenuhnya terbentuk pertama, 5'inosin-monophosphate 5'inosin-monophosphate (IMP). Jalur ini yang digambarkan di bawah ini. Basis purin tanpa gugus ribosa terlampir adalah hipoksantin. Basis purin dibangun di atas ribosa dengan beberapa amidotransferase dan reaksi transformylation. Sintesis IMP membutuhkan membutuhkan lima mol ATP, dua mol glutamin, salah satu mol glisin, satu mol CO
2,
satu mol
aspartate dan dua mol formate. Para gugus formil dilakukan pada tetrahydrofolate (THF) dalam bentuk N N 5, N 10-methenyl-THF dan N dan N 10-formil-THF.
Enzim nama: 1. Glutamin amidotransferase phosphoribosylpyrophosphate phosphoribosylpyrophosphate 2. Glycinamide sintase ribotide 3. Glycinamide transformylase ribotide 4. Formylglycinamide sintase
5. Sintase ribotide aminoimidazole 6. Karboksilase ribotide aminoimidazole 7. Succinylaminoimidazolecarboxamide sintase ribotide 8. Adenylosuccinate lyase 9. Transformylase aminoimidazole ribotide karboksamida 10. IMP cyclohydrolase
Sintesis membentuk nukleotida purin penuh pertama, monofosfat inosin, IMP
dimulai
dengan
5-phospho- α-ribosyl-1-pirofosfat, 5-phospho-α
PRPP.
Melalui
serangkaian reaksi menggunakan ATP, tetrahydrofolate (THF) derivatif, glutamin, glisin dan aspartate IMP ini menghasilkan jalur. Tingkat membatasi reaksi dikatalisis oleh glutamin amidotransferase PRPP, enzim ditandai dengan 1 pada Gambar tersebut. Struktur nucleobase dari IMP (hipoksantin) ditunjukkan. ditunjukkan. IMP merupakan titik cabang untuk biosintesis purin, karena dapat dikonversi menjadi baik AMP atau GMP melalui dua jalur reaksi yang berbeda. Jalur yang mengarah ke AMP membutuhkan energi dalam bentuk GTP; yang mengarah ke GMP memerlukan energi dalam bentuk ATP. Pemanfaatan GTP dalam jalur untuk sintesis AMP memungkinkan sel untuk mengontrol proporsi AMP dan GMP untuk dekat kesetaraan. Akumulasi dari GTP berlebih akan menyebabkan sintesis AMP dipercepat dari IMP sebaliknya, dengan mengorbankan sintesis GMP. Sebaliknya, karena konversi IMP untuk GMP membutuhkan ATP, akumulasi dari kelebihan ATP menyebabkan sintesis dipercepat GMP atas bahwa dari AMP.
Synthesis of AMP and GMP from IMP Sintesis AMP dan GMP dari IMP Peraturan Sintesis Nukleotida Purine Tingkat membatasi langkah-langkah penting dalam biosintesis purin terjadi pada langkah pertama dua jalur tersebut. Sintesis PRPP oleh sintetase PRPP adalah umpan balik dihambat oleh purin-5'-nukleotida (terutama AMP dan GMP). Kombinatorial pengaruh kedua nukleotida yang terbesar, misalnya, inhibisi maksimal ketika ada konsentrasi yang benar dari kedua adenin dan guanin nukleotida dicapai. Reaksi amidotransferase dikatalisis oleh amidotransferase PRPP juga umpan balik dihambat allosterically dengan mengikat ATP, ADP dan AMP pada satu situs hambat dan GTP, PDB dan GMP di lain. Sebaliknya aktivitas enzim yang dirangsang oleh PRPP. Selain itu, biosintesis purin diatur dalam jalur cabang dari IMP dengan AMP dan GMP. Akumulasi dari kelebihan ATP menyebabkan sintesis percepatan GMP, dan kelebihan GTP menyebabkan sintesis AMP dipercepat.
Siklus nukleotida purin melayani fungsi penting dalam berolahraga otot. Generasi fumarat menyediakan otot rangka dengan hanya sumber 'atas substrat anapleurotic untuk siklus TCA . Dalam rangka untuk melanjutkan operasi dari siklus selama latihan, protein otot harus dimanfaatkan untuk memasok nitrogen amino untuk generasi aspartate. Generasi asparate terjadi oleh reaksi transaminasi
standar yang interconvert asam amino dengan α-ketoglutarate α -ketoglutarate untuk membentuk glutamat dan glutamat dengan oksaloasetat untuk membentuk aspartat. Myoadenylate deaminase adalah khusus isoenzyme AMP deaminase otot, dan kekurangan dalam deaminase myoadenylate menyebabkan kelelahan pascalatihan, kram dan mialgia. Biosintesis Nukleotida pirimidin Sintesis dari pirimidin kurang kompleks dibandingkan dengan purin, karena dasar jauh lebih sederhana. Basis menyelesaikan pertama adalah berasal dari 1 mol glutamin, salah satu mol ATP dan satu mol CO
2
(yang merupakan
karbamoilfosfat) dan satu mol aspartate. Sebuah mol tambahan glutamin dan ATP yang diperlukan dalam konversi UTP untuk CTP adalah. Jalur biosintesis pirimidin yang digambarkan di bawah ini. Karbamoilfosfat digunakan untuk sintesis nukleotida pirimidin berasal dari glutamin dan bikarbonat, dalam sitosol, yang bertentangan dengan siklus karbamoil fosfat urea berasal dari amonia dan bikarbonat dalam mitokondria. Reaksi siklus urea dikatalisis oleh sintetase karbamoilfosfat I (CPS-I) sedangkan prekursor nukleotida pirimidin disintesis oleh CPS-II. karbamoilfosfat kemudian kental dengan aspartat dalam reaksi dikatalisis oleh enzim yang membatasi laju biosintesis nukleotida pirimidin, transcarbamoylase aspartate (ATCase).
Synthesis of carbamoyl phosphate by CPS II Sintesis karbamoilfosfat oleh CPS II
Enzim nama: 1. Aspartate transcarbamoylase, ATCase 2. Karbamoil dehydratase aspartate 3. Dihydroorotate dehidrogenase 4. Orotate fosforibosiltransferase 5.-5'-fosfat karboksilase orotidine
Sintesis pirimidin berbeda dalam dua cara yang signifikan dari tahun purin.Pertama, struktur cincin dipasang sebagai basa bebas, tidak dibangun di atas at as PRPP. PRPP is added to the first fully formed pyrimidine base (orotic acid), forming orotate monophosphate (OMP), which is subsequently decarboxylated to UMP. PRPP ditambahkan ke base pirimidin terbentuk penuh pertama (asam orotic), membentuk monofosfat orotate (OMP), yang kemudian dekarboksilasi untuk UMP. Second, there is no branch in the pyrimidine synthesis pathway. Kedua, tidak ada cabang di jalur sintesis pirimidin. UMP is phosphorylated twice to yield UTP (ATP is the phosphate donor). UMP adalah fosforilasi dua kali untuk menghasilkan UTP (ATP merupakan donor fosfat). The first phosphorylation is catalyzed by uridylate kinase and the second by ubiquitous nucleoside
diphosphate kinase. Yang pertama adalah fosforilasi dikatalisis oleh kinase uridylate dan yang kedua oleh nukleosida difosfat kinase mana-mana. Finally UTP is aminated by the action of CTP synthase, generating CTP. Akhirnya UTP aminated oleh aksi sintase CTP, menghasilkan CTP. The thymine nucleotides are in turn derived by de novo synthesis from dUMP or by salvage pathways from deoxyuridine or deoxythymidine. Para nukleotida timin pada gilirannya diturunkan oleh sintesis de novo dari DUMP atau dengan jalur penyelamatan dari deoxyuridine atau deoxythymidine.
Sintesis CTP dari UTP
Sintesis dari Nukleotida Timin The novo de dTTP jalur sintesis pertama yang membutuhkan penggunaan DUMP dari metabolisme baik UDP atau CDP. tempat pembuangan sampah diubah menjadi dTMP oleh aksi sintase timidilat. Kelompok metil (ingat timin yang 5metil urasil) yang disumbangkan oleh N
5,
N
10-metilen
THF, mirip dengan
sumbangan dari kelompok metil selama biosintesis dari purin. Properti unik dari tindakan sintase timidilat adalah bahwa THF dikonversi menjadi dihydrofolate (DBD), seperti reaksi hanya menghasilkan DBD dari THF,. Dalam rangka untuk sintase timidilat reaksi untuk melanjutkan THF harus dibuat ulang dari DBD. Hal ini dicapai melalui aksi reduktase dihydrofolate (DHFR). THF kemudian diubah menjadi N
5,
N
10-THF
melalui tindakan transferase hidroksimetil serin. Peran
penting dalam biosintesis nukleotida DHFR timidin membuatnya menjadi target ideal untuk agen kemoterapi (lihat di bawah).
Sintesis dTMP dari DUMP Jalur penyelamatan untuk dTTP sintesis melibatkan enzim kinase timidin yang dapat menggunakan salah timidin atau deoxyuridine sebagai substrat: thymidine + ATP < —— > TMP + ADP timidin + ATP <-> TMP + ADP deoxyuridine + ATP < —— > dUMP + ADP deoxyuridine + ATP <-> DUMP + ADP
Kegiatan kinase timidin (salah satu dari berbagai deoxyribonucleotide kinase) adalah unik karena berfluktuasi dengan siklus sel, naik ke puncak aktivitas selama fase sintesis DNA, melainkan dihambat oleh dTTP.
Kelainan Metabolisme Nukleotida Asam urat merupakan hasil metabolisme akhir dari purin yaitu salah satu komponen asam nukleat yang terdapat dalam inti sel tubuh. Peningkataan kadar asam urat dapat mengakibatkan gangguan pada tubuh manusia seperti perasaan linu linu di daerah persendian dan sering disertai timbulnya rasa nyeri yang teramat sangat bagi penderitanya. Hal ini disebabkan oleh penumpukan kristal di daerah tersebut akibat tingginya kadar asam urat dalam darah. Penyakit ini sering disebut penyakit gout atau lebih dikenal di masyarakat sebagai penyakit asam urat. Hiperuricemia disebabkan oleh sintesa purin berlebih dalam tubuh karena pola makan yang tidak teratur dan proses prose s pengeluaran asam urat dari dalam tubuh
yang mengalami gangguan. Faktor-faktor yang diduga juga mempengaruhi penyakit ini adalah diet, berat badan dan gaya gaya hidup (Price & Wilson, 1992). Asam urat merupakan produk akhir dari katabolisme purin yang berasal dari degradasi nukleotida purin yang terjadi pada semua sel. Urat dihasilkan oleh sel yang mengandung xanthine oxidase, oxidase, terutama hepar dan usus kecil. Hiperurisemia adalah keadaan kadar asam urat dalam darah lebih dari 7,0 mg/dL. Diklasifikasikan sebagai hiperurisemia primer (idiopatik/ genetik) dan sekunder (Spieker, dkk, 2002 ; Zhao, dkk, 2009). Pra diabetes adalah subjek yang mempunyai kadar glukosa plasma meningkat akan tetapi peningkatannya masih belum mencapai nilai minimal untuk kriteria diagnosis DM. Penelitian sebelumnya melaporkan 5-14,0% per tahun TGT akan menjadi diabetes melitus, selain itu ada juga yang melaporkan ± 30% menjadi DM setelah 5-6 tahun, 30% menjadi normal dan 30% sisanya tetap menjadi TGT (Sanusi, 2005). Prevalensi pra diabetes pada populasi umum di Turki mencapai 6,7%. Penelitian yang dilakukan Yunir dkk, pada 1200 partisipan usia >25 tahun di Jawa Barat melaporkan insidensi glukosa darah puasa terganggu (GDPT) yaitu 4,13%, toleransi glukosa terganggu (TGT) sebanyak 24,25% dan 5,46% subjek mengalami GDPT dan TGT (Yunir, dkk, 2009). Peningkatan asam urat pada pra diabetes diduga terjadi karena adanya resistensi dan gangguan sekresi hormone insulin. Hiperinsulinemia yang terjadi pada pra diabetes mengakibatkan peningkatan reabsorbsi asam urat di tubulus proksimal ginjal. Oleh karena itu deteksi awal hiperurisemia merupakan salah satu pemeriksaan sederhana sebagai penanda prognostik pra diabetes (Wisesa dan Suastika, 2009). Asam urat merupakan produk akhir metabolisme purin yang terdiri dari komponen karbon, nitrogen, oksigen dan hidrogen dengan rumus molekul C5H4N4O3. Pada pH alkali kuat, AU membentuk ion urat dua kali lebih banyak daripada pH asam (Spieker, dkk, 2002).
Purin yang berasal dari katabolisme asam nukleat dalam diet diubah menjadi asam urat secara lansung. Pemecahan nukleotida purin terjadi di semua sel, tetapi asam urat hanya dihasilkan oleh jaringan yang mengandung xhantine oxidase terutama di hepar dan usus kecil. Rerata sintesis asam urat endogen setiap harinya adalah 300-600mg per hari, dari diet 600 mg per hari lalu dieksresikan ke urin rerata 600 mg per hari dan ke usus sekitar 200 mg per hari (Lamb, dkk, 2006 ; Signh, dkk, 2010). Dua pertiga total urat tubuh berasal dari pemecahan purin endogen, hanya sepertiga yang berasal dari diet yang mengandung purin. Pada pH netral urat dalam bentuk ion asam urat (kebanyakan dalam bentuk monosodium urat), banyak terdapat di dalam darah. Konsentrasi normal kurang dari 420 µmol/L (7,0 ( 7,0 md/dL). Kadar urat tergantung jenis kelamin, umur, berat badan, tekanan darah, fungsi ginjal, status peminum alkohol dan kebiasaan memakan makanan yang mengandung diet purin yang tinggi. Kadar AU mulai meninggi selama pubertas pada laki-laki tetapi wanita tetap rendah sampai menopause akibat efek urikosurik estrogen. Dalam tubuh manusia terdapat enzim asam urat oksidase atau urikase yang akan mengoksidasi asam urat menjadi alantoin. Defisiensi urikase pada manusia akan mengakibatkan tingginya kadar asam urat dalam serum. Urat dikeluarkan di ginjal (70%) dan traktus gastrointestinal (30%). Kadar asam urat di darah tergantung pada keseimbangan produksi dan ekskresinya (Spieker, dkk, 2002 ; Signh, dkk, 2010). Sintesis asam urat dimulai dari terbentuknya basa purin dari gugus ribosa, yaitu 5- phosphoribosyl1-pirophosphat phosphoribosyl1-pirophosphat (PRPP) yang didapat dari ribose 5 fosfat yang disintesis dengan ATP ( Adenosine triphosphate) triphosphate) dan merupakan sumber gugus ribose ( Gambar 1). Reaksi pertama, PRPP bereaksi dengan glutamin membentuk fosforibosilamin yang mempunyai sembilan cincin purin. Reaksi ini
dikatalisis oleh PRPP glutamil amidotranferase, amidotranferase , suatu enzim yang dihambat oleh produk nukleotida inosine monophosphat (IMP), adenine monophosphat (AMP) dan guanine monophosphat (GMP). Ketiga nukleotida ini juga menghambat sintesis PRPP sehingga memperlambat produksi nukleotida purin dengan menurunkan kadar substrat PRPP (Lamb, dkk, 2006).
Gambar 1. Metabolisme Asam Urat (Lamb, dkk, 2006)
Kelainan
metabolisme purin
Hasil akhir katabolisme katabolisme purin adalah asam urat. ± 99 % asam urat merupakan merupakan hasil pemecahan oleh enzim nukleosida purin fosforilase. Asam urat merupakan produk akhir katabolisme purin diekskresikan pada primata, burung, dan beberapa
hewan lainnya. Tingkat ekskresi asam urat oleh manusia dewasa normal adalah sekitar 0,6 g/24 jam, timbul sebagian dari purin yang diingesti dan sebagian dari “turnover” nukleotida purin dari asam nukleat. Asam urat bersifat asam lemah dan sukar larut dalam air, dalam cairan tubuh dapat berupa garam (Na urat). Garam Na urat bersifat lebih larut daripada asam as am urat, yang juga dibuang melalui urin.
Kristalisasi garam Na urat dapat terjadi di: 1. Ginjal karena kelebihan asam urat diendapkan di tubulus ginjal dan menyebabkan penyakit batu ginjal. 2. Jaringan lunak dan persendian yang membentuk endapan dan meyebabkan penyakit arthritis gout akut dan arthritis gout kronis. Penyakit gout adalah penyakit sendi,
biasanya
terjadi
pada
laki-laki,
disebabkan oleh
peningkatan konsentrasi asam urat dalam darah dan jaringan. Gejala dari penyakit ini biasanya Sendi menjadi meradang, menyakitkan, dan rematik, r ematik, karena pengendapan abnormal kristal natrium urat.
kelainan metabolism pirimidin Hasil akhir metabolisme pirimidin adalah CO2, NH3 dan asam β-amino
butirat, yang mudah larut. Reaksinya Reaksinya adalah:
Hasil akhir metabolisme pirimidin larut dalam air, tidak banyak kelainan yang disebabkannya. Tetapi, ada dua penyakit bawaan (mempengaruhi sintesa pirimidin) karena kenaikkan eksresi asam orotat (orotat aciduria). Kelainan ini disebabkan karena kekurangan enzim yang mempunyai dua fungsi sebagai orotat fosforibosil transferase dan OMP dekarboksilase. Gejala dan tanda-tanda dari kelainan metabolisme pirimidin yaitu : 1. Hambatan pertumbuhan (retarded growth) 2. Anemia berat hipokhromik 3. Sumsum tulang megaloblastik (megaloblastic bone marrow) 4. Leukopeni juga sering dijumpai. Kelainan ini bisa diobati dengan uridin dan atau sitidin. Uridin &/ sitidin akan meningkatkan UMP (nukleosida kinase). UMP akan menghambat CPS II, dengan demikian akan mengurangi pembentukan asam orotat.
DAFTAR PUSTAKA
Lamb E, Newman J.D and Price P.C., Kidney Function Test in Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostic, Diagnostic , eds. Burtis C, Ashwood RE and Bruns ED, fourth edition, Elseiver Saunders, 2006, p 803-5. Price, P,A & Wilson, L,M., 1992. Gout, Pathofisiologi, Konsep Klinis Proses proses Penyakit . Penyakit . Jakarta : EGC.
Sanusi H, Pra Diabetes dan Risiko Kardiovaskular , di Naskah Lengkap The 4 National Obesity Symposium and 2 nd National on Symposium Metabolic Syndrome, Editor: Adam MF, Sanusi H, Sambo AP, Aman AM, 2005 Ditampilkan 25 Juni 2005. 2005 . Signh V, Gomez VV, Swamy SG, Approach to a Case of Hyperuricemia, Hyperuricemia , in Indian J Aerospace Med, 2010, vol 54(1), p 40-5. Spieker E.L, Ruschitzka T.F, Luscher F.T dan Noll G, The management of Hyperuricemia and Gout in Patient with Heart Failure, Failure , The European Journal of Heart Failure, Failure, 2002 (2), p 403 – 403 – 410. 410. Wisesa IBN & Suastika K, Hubungan Antara Konsentrasi Asam Urat Serum dengan Resistensi Insulin pada Penduduk Suku Bali Asli di Dusun Tenganan Pegringsingan Karangasem , dalam J Peny Dalam, Dalam, 2009, vol 10(2) h 110-22. Widodo, F Y, 2010,”Metabolisme Nukleotida Purin dan Pirimidin” Bagi an biokimia, Fakultas Kedokteran, Universitas Wijaya Kusuma Surabaya. Surabaya. Yunir E, Waspadji S, Rahajeng E, The Prediabetic Epidemiological Study in Depok, West Java, Java, in Indones in Indones J Intern Med , 2009, vol 41 (4), p 182-5. Zhao Y, Yang X, Lu W, Liao H dan Liao F, Uricase Based Methods for in Determination of Uric Acid in Serum, Serum, 2009 Microcim 2009 Microcim Acta, Acta, 164:1-6.
