PURIN DAN PIRIMIDIN PENDAHULUAN
Meskipun manusia mengonsumsi makanan yang kaya akan nukleoprotein, basa purin dan primidin dari makanan tidak diinkoeporasikan secara seca ra langsung ke dalam asam nukleat jaringan tubuh. Manusia melakukan biosentesis purin dan nukleat jaringan tubuh, ATP, NAD, koenzim A, dll, daur intermediat amfibolik. Meskipun demikian, senyawa analogi purin dan primidin yang diasumsikan, termasuk obat-obat yang potensial menjadi preparat antikanker dapat diinkorporasikan ke dalam DNA. Biosentesis purin serta primidin oksi dan deoksiribo nukleotida (NTP dan dNTP) merupakan peristiwa yang diatur secara akurat serta dikoordinasikan melalui mekanisme umpan balik yang menjamin ketepatan kuantitas produksi senyawa tersebut dan kadang-kadang disesuaikan menurut beragam kebutuhan fisiologik (misal pembelahan sel). Penyakit manusia yang melibatkan kelainan metabolisme purin atau primidin mencakup penyakit gout, sindrom Lesch Nyhanm defisiensi adenosin deaminase, dan defisiensi fosforilase nukleosida purin. Penyakit biosentesis primidin lebih jarang ditemukan dan meliputi asiduria orotat. Karena produk katabolisme primidin tidak seperti urat memiliki larutan sangat tinggi (karbon dioksida, amonia, dan βaminoisobatirat), kelainan katabolisme primidin yang bermakna secara klinis lebih sedikit. PURIN DAN PRIMIDIN MERUPAKAN UNSUR YANG NONESENSIAL SECARA DIETETIK Meskipun manusia mengonsumsi asam nukleat dan nukleotida dari makanannya. Kelangsungan hidup manusia tidak memerlukan penyerapan dan pemanfaatan unsur-unsur tersebut. Manusia Ma nusia dan kebanyakan vertebrata lain dapat menyintesis nukleotida purin dan primidin secara de novo (yaitu dari intermediat amfibolik). Asam Nukleat yang Dikonsumsi Diural menjadi Purin dan Pirimidin. Asam nukleut yang dilepas dari pencernaan asam nukleat dan nukleoprotein di dalam traktus intestinalis akan diural menjadi mononukleotida oleh enzim ribonuklease, deoksiribonuklease dan polinukleotidase. Enzim nukleotidase dan fosfatase menghidrolisis mononukleotida menjadi nukleosida yang kemudian bisa diserap atau diural lebih lanjut oleh enzim fosforilase intestiteroksidasi menjadi asam urat yang dapat diserap dan selanjutnya diekskresikan ke dalam urine. Walaupun tidak banyak atau ada purin atau pirimidin dan makanan yang diinkorporasikan ke dalam asam nukleat jaringan, tidak demikian halnya dengan senyawa yang diberikan secara parenteral. BIOSENTESIS NUKLEOTIDA PURIN
1
Kecuali ponozoa yang bersifat parasitik, semua bentuk kehidupan akan menyintesis nukleotida purin serta pirimidin. Sintesis dari intermediat amfibolik berlangsung dengan kecepatan terkontrol yang sesuai untuk semua fungsi selular. Pemahaman mengenai lintasan biosentesis nukleotida dan pengaturannya dalam tubuh manusia diperoleh dari penyelidikan terhadap proses yang sama yang berlangsung pada burung serta Escherichia coli. Pada hewan urikotelik (burung amfibi, reptil), nukleotida memiliki fungsi tambahan sebagai prekursor asam urat purin, produk akhir katabolisme nitrogen protein. Ekskresi asam urat dalam jumlah yang besar oleh burung telah dimanfaatkan dalam sejumlah penelitian awal terhadap biosentesis purin. Dengan memberikan makanan yang mengandung prekursor isotopik kepada burung merpati, sumber setiap atom basa purin dapat ditentukan dan penelitian terhadap berbagai reaksi serta intermediat dalam biosentesis purin bisa dimulai. Burung juga telah dimanfaatkan untuk mengklon gen yang mengkodekan inzim biosentesis purin serta protein pengatur yang mengendalikan kecepatan biosentesis purin. Tiga proses yang turut menyumbang pada biosentesis nukleotida purin, yang disusun berdasarkan penurunan urutan kepentingannya, adalah (1) sintesis dan intermediat amfibolik (sintesis de novo), (2) fosforibosilasi purin dan (3) fosforilasi nukleosida purin.
INOSIN MONOFOSFAT (IMP) TERBENTUK DARI INTERMEDIAT AMFIBOLIK Inosin monofosfat (IMP) merupakan nukleotida “induk” yang merupakan asal pembentukan AMP maupun GMP. Sintesis IMP dan intermediat amfibiolik α-ribosa 5 fosfat melibatkan suatu rangkaian linear 11 buah reaksi. lintasan
2
tersebut kemudian bercabang, satu dari IMP menjadi AMP, sementara cabang lain dari IMP menjadi GMP. Dalam uraian berikut, bilangan Arab menandakan reaksi bernomor yang bersesuaian sedangkan bilangan Romawi menandai rumus bangun (atau struktur ). (1) Disamping sebagai intermediat pertama yang terbentuk dalam lintasan de novo biosentesis purin 5 fosforobosil-1-pirofosfat (PRPP) (II) juga merupakan intermediat dalam lintasan penyelamatan purin, dalam biosentesis NAD” serta NADP”. Dan dalam biosentesis nukleotida pirimidin. Sintesis PRPP melibatkan pemindahan pirofosfat dari ATP kepada karbon 1 senyawa α-Dribosa-5-fosfat (1) dan dikatalisis oleh enzim PRPP sintetase. (2) Pembentukan ikatan N-glikosidat dilakukan menggunakan glutamin sebagai donor nitrogen dan membentuk senyawa 5-fostoβ-D-rinosilamin (III). Reaksi 5 fosforibosilglisinamida sintase akan membalik konfigurasi pada karbon anomerik gula, dari α menjadi β. Rekasi ini sangan disukai karena hidrolisis produk sekunder (pirofosfat) menjadi ortofosfat anorganik yang dikatalisis oleh enzim pirofosfatase merupakan rekasi yang sangat eksergonik (3) Kondensasi 5-fosfo β-D-ribosilamin (III) dengan glisin membentuk senyawa glisinamida ribosil-5-fosfat (IV). Dalam reaksi ini, glisiri memberikan atom yang nanti akan menjadi karbon 4 serta 4 dan nitrogen 7 pada IMP. (4) Atom karbon 8 pada IMP berasal dari gugus formil senyawa N5,N10 metenil-tetrahidrofolat yang membentuk formil glisinamida ribosil-5-fosfat (V), suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim glisinamida ribosil-5-fosfat formiltransferase. (5) Pemindahan nitrogren amida glutamin ke (V) akan membentuk formilglisinamida ribosil-5-fosfat (IV). Dengan dikatalis oleh enzim formilglisinamida ribosil-5-fosfat sintase (VI sintase), reaksi ini menambahkan atom yang nanti akan menjadi nitrogen 3 pada IMP. (6) Dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim aminoimidazol ribosil-5fosfat sintase (VII sintase), kehilangan air yang disertai dengan penutupan cincin imidazol akan membentuk senyawa aminoimidazol ribosil 5-fosfat (VII). Peristiwa awal adalah permindahan gugus fosforil dari ATP kepada fungsi okso (VI). Serangan nukleofilik sesudah itu oleh nitrogen amino di dekatnya akan mengakibatkan penutupan cincin dan pelepasan ortofosfat anorganik. (7) Adisi CO2 kepada (VII) berfungsi menambahkan atom yang akan menjadi karbon 6 pada karbon 6 pada IMP. Reaksi tersebut yang dikatalisis oleh enzim aminoimidazol ribosil-5-fosfat karboksilase (VII karboksilase), tidak memerlukan ATP ataupun biotin dan akan
3
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14) (15)
membentuk senyawa aminoimidazol karboksilat ribosil-5-fosfat (VIII). Kondensasi aspartat dengan (VIII) yang dikatalis oleh enzim suksinil karbonsamida ribosil-5-fosfat sintase (IX sintase), membentuk senyawa aminoimidazol suksinil karboksamida ribosil5-fosfat (IX). Pembebasan gugus suksinil senyawa (IX) sebagai fumarat yang dikatalis oleh enzim adenilosuksinase, membentuk senyawa aminomidazol karboksamida ribosil-5-fosfat (X). Perhatikan bahwa reaksi 8 dan 9 yang menambahkan atom yang nanti akan menjadi nitrogen 1 pada IMP, sejajar dengan dua buah reaksi pada siklus urea yang mengubah ornitin menjadi arginin (Gambar 31-14). Karbon 2 pada IMP ditambahkan dalam sebuah reaksi yang melibatkan derivat tetrahidrofolat akan membentuk senyawa formimidoimidazol karboksamida ribosil-5-fosfat (XI). Penutupan cincin senyawa (XI) yang dikatalisis oleh enzim IMP siklohidrolase akan membentuk nukleotida purin pertama, inosin monofosfat atau IMP (XII). Konversi IMP menjadi AMP dan GMP: setelah terjadi sintesis IMP lintasan tersebut mencabang, dan dua rangkaian reaksi pendek menghasilkan pembentukan AMP serta GMP (Gambar 36-3). Penambahan asparfat pada IMP akan membentuk senyawa adenilosuksinat. Meskipun secara superfisial serupa dengan reaksi 8, rekasi adenilosuksinat sintase memerlukan GTP dan dengan demikian memberikan suatu fokus yang potensial bagi pengaturan biosintesis nukleotida adenin. Pelepasan fumarat yang membentuk adenosin 5 ’-monofosfat (AMP) dikatalisis oleh enzim adenilosuksinase, enzim yang sama yang mengatalisis reaksi 9. Oksidasi IMP oleh NAD yang dikatalisis oleh enzim IMP dehidrogenase membentuk senyawa xantosin monofosfat (XMP). Transamidasi gugus 6-okso pada XMP oleh nitrogen amida senyawa glutamin berlangsung sama seperti reaksi 5.
4
GAMBAR DAUR DARI IMP
AMP DAN GMP
PEMINDAHAN FOSFORIL DARI ATP MENGUBAH MONONUKLEOTIDA MENJADI NUKLEOSIDA DI-DAN TRIFOSAT. Mononukleuotida AMP dan GMP akan diubah menjadi nukleosida difosfat (ADP dan GDP) melalui pemindahan gugus fosforil dari ATP, yang dikatalisis oleh enzim nukleosida monofosfat kinase, GDP kemudian diubah menjadi GTP oleh enzim nukleosida difosfat kinase dengan mengorbankan ATP lain. Konversi ADP menjadi ATP pertama-tama terjadi melalui fosforilasi oksidatif dan kemudian lewat reaksi glikolisis serta siklus asam sitrat. KATALISATOR MULTIFUNGSIONAL BERPARTISIPASI DALAM BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN Pada prokariota setiap reaksi dalam dikatalisis oleh polipeptida yang berbeda. Sebaliknya fusi gen pada eukariota telah menghasilkan polipeptida tunggal dengan lebih dari satu fungsi katalitik. Untuk biosentesis purin tiga katalisator multifungsional akan mengatalisis masing-masing reaksi 3,4 serta 6, reaksi 7 serta 8 dan reaksi 10 serta 11. Sifat multifungsional membawa berbagai keuntungan. Tapak katalitik yang berdekatan memfasilitasi pemindahan intermediat secara tepat dan lengkap dan fusi gen memastikan bahwa aktivitasaktivitas katalitik yang berbeda akan diproduksi dalam kuantitas yang sama. Obat Antifolat atau Analog Glutamin Menyekat Biosintesis Nukleotida Purin Kedua atom karbon yang disisipkan dalam reaksi 4 dan 10 berasal N 5 ,N 10 metenil dan N 10 forinil-tetra hidrofolat. Dengan demikian, penghambatan pembentukan tetrahidrofolat dapat menyekat sintesis purin. Senyawa penghambat dan jenis reaksi yang dihambatnya mencakup azaserin (rekasi 5), diazanorleusin
5
(reaksi 2), 6-merkaptopurin (rekasi 13 serta 14), dan asam mikofenolat (reaksi 14). Defisiensi Purin Jarang Dijumpai Pada Manusia Keadaan defisiensi purin pada manusia terutama disebabkan oleh defisiensi asam folat dan kadang-kadang oleh defisiensi vitamin B 12 kalau keadaan ini menimbulkan defisiensi sekunder derivat folat. REAKSI PENYELAMATAN “ MENGUBAH PURIN
DAN NUKLEOSIDANYA MENJADI MONONUKLEUSIDA Komversi purin,ribonukleosida purin, dan deoksribonukleusida purin menjadi mononukleotida melibat kan sejumlah reaksi “ Penyelamatan “ yang memerlukan enerrgi dalam jumlah jauh lebih kecil daripada yang dibutuhkan oleh sintesis de novo.Mekanisme yang secara Kuantittatif lebih penting adalah Fosforibosilasi Purin bebas (Pu) oleh PRPp, yang membentuk derivat 5 momonukleus tida(Pu-RP). Pu+PP-RP Pu- RP +PPi Fosporibosilasi puri bergantung - PRPP dikatalisis oleh enzim adenin fosforibosil transfransi (yang mengubah adenin menjadi AMP; gambar 36-6). Meknisme penyelamatan kedua melibatkan fodforilasi langsung terhadap ribonukleosida purin (PuR) oleh ATP: PuR+ ATP PuR-P+ADP Enzim adenosin kinase mengatalisis reaksi fosforilasi adenosin menjadi AMP atau deoksiadenosin , menjadi dAMP Enzim deoksistidin kinase memfosforilasi dioksistidin,dioksiadnosin, dan 2- dioksiguanosin, masingmenjadi dCMP, dAMP dan dGMP. Hati mamalia yang merupakan tempat biosintesis nukleotida purin,menyediakan basa purin dan nukleotidanya untuk penyelamatan, dan untuk pemakaian oleh jaringan yang tidak mampu, menyelenggarakan biosintesis . purin sebagai contoh ,otak manusia memiliki kadar enzim PRPP amidottranferase yang rendah dan karnaya memiliki ketergantungan parsial pada purin eksogen. Enitrosit dan leokisit polomorfonuklier tidak mampu menyintesis 5- fosforibosilamin dan dengan demikian memmakai purin eksogen. Untuk membentuk nukleutida. Meskipun demikian, Imfosit darah perifer memiliki sebuah kemapuan untuk menyintesis purin secara de novo. BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN DI HATI DIATUR SECARA KETAT Ukuran Depot PRPP Mengatur biosintesis nukleotida Purin Karena biosintesis IMP dari intermedia amfibolik akan mengkonsusmsi gilisi, glutamin, darivat tetrahedrofolt, aspartat, dan ATP, Sel harus mengatur biosintesis Puri. Penentu utama keseluruhan kecepatan sintesis de novo nukleosida puri adalah konsenterasi PRPP, suatu parameter yang mencerminkan kecepatan relatif sintesis, penggunaan, dan penguraian PRPP. Kecepatan sintesis
6
PRPP. Bergantung pada ketersediaan ribosa 5-fosfat dan dan juga pada aktivitas enzim PRPP sintase yang sensitif baik terhadap konsenttrasi fosfat maupun terhadap ribonukleotida purin yang bertindak sebagai pengatur,alosterik. AMP dan GMP Mengatur Enzim PRPP glutamill Amdotransfrase Melalui Umpan Balik Enzim PRPP glutamil amidotrasfrasi (reaksi 2) enzimpertama yang secara nyata unik terlibat dalam sintesis purin, dihambat oleh nukleotida purin secara umpan balik, khususnya AMP dan GMP yang secara komfetittif menghambat PRPP Meskipun demikian, pengaturan sintesis purin melalui amidotransfreasc kemungkinan kurang memiliki kepentingan fisiologis jika dibandingkan dengan pengaturan PRPP sintase.
AMP dan GMP Mengatur pembentukannya dari IMP Melalui Umpan Balik Terdapat dua mekanisme yang mengtur komverse IMP menjadi GMP dan AMP. AMP mengatur reaksi adenilosukinat sintase secara umpan balik reaksi IMP dehidrognase .Lebih lanju, Konversi IMP menjadi adenilisuksinat dalam peroses menghasilkan AMP akan memerlukan GTP. Dan konversi xantialinat (XMP) menjadi GMP memerlukan ATP. Dengan demikian , pengaturan silang berbagai lintasan pada metabolisme IMP berfungsi mengurangi sintesis salah satu nukleutida purin jika terdapat defisiensi nukleutida yang lain. AMP dan GMP juga menghambat reaksi hepoxsantin guanin fosforibosiltransferase (yang mengubah ) hipoxantin dan guanin menjadi IMP dan GMP. REDUKSI NDP MEMBENTUK dNDP Reduksi atom karbn-2 pada ribonukleotida purin da pirimidin, yang dikatalisis oleh kompleks ribonukleotida reduktase, akan membentuk senyawa deosribonukleosida difosfat (dNDP).kompleks enzim ini begerja aktif jika sel
7
hanya menyintesis DNA secara aktif sebagai persiapan pembelahan sel. Peroses produksi memerlukan tioridoksin (suatu kofaktor protein,) tioredoksin reduktase (suatu flavoprotein ) dan NADPH ( serta kobalain atau vitamin B12 pada bakteri tertentu tetapi tidak pada mamalia ). Senyawa produksi NDP adalah teoedoksintereduksi yang dihasilkan reaksi yang dikatalisis oleh enzim NDPH : teoredoksin reduktase. Reduksi ribonukleosida difosfat (NDP) menjadi senyawa deoksiribonukleosida difosfat (dNDP) berada bawah suatu pengaturan rumit yang menghasilkan peroduksi deksiribonukleotida seimbang bagi sintesis DNA. BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PIRIMIDIN Biosintesis nukleosida pirimidin dan purin dilaksanakan menggunakan berbagai prekursor bersama: PRPP,glitamin,CO2 .aspartat dan bagi nukleotida timidin, dervat, terahidrofolat.meskipun demikian, sementara ribosa fisfat merupakan reaktan dini dalam sintesis nukleotida purin,pelekatan moeitas ribosa fosfat ke N-3 pada basa primidin terjadi jauh lebih belakangan dibanding pada biosintesis purin.
1) Biosintesis primidin dimulai dengan pembentukan karbamoil fosfat dari glutamil,ATP dan CO 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim karbamoil fosfat sintase II sitasol , suatu enzim yang brbesa dari enzim karbamoil fosfat sintase I mitokandria yang bersungsi dalam sintesis urea.dengan demikian pemisahan ruang kerja ini menghasilkan depot karbamoil fosfat yang bebeda untuk setiap proses. 2) Kondensi karbamoil fosfat dengan aspartat membentuk karbamoil asfarat daklam sebuah reksi yang dikatalisis oleh enzim aspartat transkarbamoilase. 3) Penutupan cincin lewat hilangnya air, yang dikatalisis oleh enzim dehidroorotase, membentuk asam dehiroorotat. 4) Pemisahan hidrogen dari C-5 dan C-6 oleh NAD memasukkan sebuah ikatan rangkap ,membentuk asam orotat,suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim dehiroorotat ,dehiroogenase mitokondria. Semua enzim lain pada biositesis primidin merupakan enzim sitsol. 5) Pemindahan moitas ribosa fosfat dari PRPP uang membentuk orotidin monofosfat (OMP) dikatalsis oleh enzim orotat fosforibisiltranspelase. Dengan demiian pembentukan ikatan N glikosidat analog dengan reaksi transribosilasi.cicin primidin hanya terfosforibulasi tepat sebelum reaksi terakhir sinttesis UMP. 6) Dekarboksilasi orotidilat membentuk uridin ribonikleotida primidin pertama yang sejati.
monofosfat
(UMP)
8
7) 8 Pemindahan fosfat dari ATP menghasilkan UDP dan UDP dalam sejulah reaksi yang analog dengan reaksi untuk fosforilasi nukleusida monofosfat purin. 8) UTP mengalami aminasi menjadi CTP oleh glutamin dan ATP 9) Reduksi rebonukleosida difofat (NDP) menjadi dNDP yang bersesuaisn melibatkan sejumlah reaksi yang analog dengan reksi untuk nukleosida purin. 10) DUMP dapat menerima fosfat dari ATP dengan membentuk dUTP (tidak diperliatkan). sebagai alternatif lain dan mengingat substrat untuk sintesis timidin untuk monofosfat (TMP) adalah dUMP,DUP mengalami desforforilasi menjadi dUMP. 11) Metlasi dUMP padaC-5 oleh N 5, N 10 metilentrahidrofolat yang dikatalisis oleh enzim timidilat sintase membentuk timidin monofosfat (TMP). BASA-BASA PIRIMIDIN
Reduksi Awal pada Biosintesis Pirimidin Di Katalisis oleh Perotein Multifungsional Pada Manusi dan hewan lain. Lima dari enam enzim pertama dalam biosintesis de novo primidin lebih di organisasi sebagai polipeptida multifungsional dibandingkan sebagai enzim-enzim yang bebeda. Satu-satunya pengecualian adalah enzim dehidroorotat dehidrogenase (reaksi 4) CAD , sebuah polipepida 220 kDa yang memiliki ketiga aktifitas pertama enzim: karbamoil fosfat sintatase(CPS), asparatat transkarbamoiase (ATC), dan dihirootase (DHO) dikodekan oleh satu gen tunggal. Dengan nama CAD (Untuk CPS, ATC, DHO),enzim: multifungsional ini terdiri atas tiga dominan, katalitik yag berbeda
9
dalam urutan NH2 DHO-CPS-ATC-COOH. kaitan erat antara aktivitas-aktivitas ini menjamin bahwa hapir seluruh,karbamoil fosfat yang di peroduksi oleh ATC ( dinamai ATC-II untk membedakannya dari ATC-I yang bekerja dalam biosintesis urea) akan disalurkan menuju biosintesis primidin. suatuperotein satu perotein bifungsional analog,UMP sintase,memiliki aktivitas untuk reaksi orotat fosforibosil, transfarase (reksi 5) dan orotidin 51 monofosfat dekarboksilase (reaksi). RIBO-DAN DEOKSIRIBONUKLEOSIDA URASIL DAN SITOSIN DISELAMATKAN Meskipun sel tubuh mamalia hanya menyelamatkan beberapa primidin bebas, reaksi reksi penyelamatan akan merubah dua ribonukleosida primidin (uridin serta sitidin) dan dua buah deoksribonuk (timidin serta deoksitidin ) menjadi masing-asing nukleotidanya. Senyawa 2 1 dioksitidin kinase, sesuatu enzim juga yang membikin sesuatu enzim yang juga menimbulkan reksi fosforibosiltransferase (reaksi 5). suatu enzim pada sintesis nukleotida primidin, dapat menyelamatkan asam orotat dengan mengubahya menjadi OMP. Metotreksat Menyekat Reduksi DIhidrofolat Reksi 12 merupakan satu-satunya reksi dalam biosintesis nukleotida primidin yang memerlukan derivat tetrahidrofolat. Selama peroses pemindahan, gugus metilen pada senyawa N 5 N 10 metilen dehidrofolat direduksi menjadi gugus metil, dan pembawa tera dehidrofolat dalam sebuah reksi yang di katalisis oleh enzim dihirofolat reduktase, sebagai akibatnya, sel-sel yang sedang membelah, yang menghasilkan TMP serta dihidrofat, secara khusus peka terhadap inhibitor dehidropolat reduktase. Salah satu inhibitor tersebut obat anti kangker yang di gunakan secara luas, metotreksa. Preparat Analog Primidin Merupakan Substrat bagi Enzim Biogenesis Nukleotida Primidin walaupun enzim orotat fosforibosiltransferase tidak dapat menggunakan basa primidin yang normal sebagai substrat, enzim tersebut mengatalisis konversi obat alopurinal (4-hidroksipirazolopiramidin) menjadi nukleutida, yang ribosel fosfatnya melekat pada n-1 cincin primidin alopurinol, obat anti kangker 5fluorourasil juga mengalami fosforibosilasi oleh enzim orotat fosforibosil transfrase. REGULLASI BIOSINTESIS NUKLEEOTIDA PRIMIDIN Regulasi Terjadi pada Ekspresi Gen dan Aktivitas Enzim Dua enzim pertama pada biosintesis nukleotida pirimidin bersifat peka terhadap regulasi alosterik , dan tiga enzim pertama serta dua enzim terakhir dalam lintasan tersebut di regulasi pada tingkat genetik dengan mengkoordinasikan represi serta depresi. Reaksi karbamoil fosfat sintase,II (reaksi 1) di hambat oleh UTP dan nukleotida purin, tetapi diaktifkan oleh PRPP. Reaksi asparat transkarbomoilase (reaksi 2) di hambat oleh CTP dan diaktifkan oleh ATP, sebuah contoh yang alosterik yang kelasik. Biosintesis Nukleutida purin dan primidin Merupakan peroses yang di atur secara Terkoordinasi 10
Mol demi mol, biosintesis berjalan dengan sejajar dengan biosinteaia purin,yang mengesankan adanya kontrol terkoordinasi. Berbagai tapak regulasi silang mencirikan biosintesis nukleutida, lancar Adenosin Pertama-pertama mengalami deaminasi menjadi inosin oleh enzim adenosin diaminase. Fospforosis ikatan N glikosidad inosin ddan guanosin, yang dikatalisis oleh enzim nukleusida purin fosforilase, akan melepas senyawa ribosa 1- fosfat dan basa purin. Hipoxantin dan guanin selanjutnya membentuk xantin dalam reaksi PADA MANUSIA, PURIN DIKATABOLISASI MENJADI ASAM URAT Manusia mengubah nukleosida purin utama, adenosin danguanin menjadi asam urat melallui intermedia serta reaksi yang terlihat dalam. Adnosin pertamatama mengalami deaminasi menjadi inosin oleh enzim adenosin deaminase. Fosforolisis ikatan N glikosidat inosin dan guanosin,yang dikatalisis oleh enzim nukleosida purin fosforilase, akan melepas senyawa ribosa 1-fosfat dan basa purin. Hifoksantin dan guantin selanjutnya membentuk xantin dalam reaksi yang dikatalisis masing-masing oleh enzim xantin oksidase dan guanase. Kemudian, xantin menjadi teroksidasi menjadi asam urat dalam reaksi kedua yang dikatalisis oleh enzim xantin oksidase. Dengan demikian, xantin okdidase merupakan lokus yang esensial bagi intervensi farmakologis penderita hiperurisemea dan gout. Eksresi neto asam urat total pada manusia normal rata-rata adalah 400-600 mg/24 jam. Banyak senyawa yang secara alami terdapat di dalam dan senyawa farmakologik mempengaruhi absorpsi sertasekresi natrium urat pada ginjal. Sebagai contoh, pemberian aspiri fdalam dosis tinggi akan menghabat ekskresi dqan rebsorpsi urat secara kompetetif. Pada mamalia selain primata derajat tinggi, enzim uri kase akan memecah asam urat dan membentuk produk akhir alantoin yang bersifat sangat larut didalam. Meskipun demikian, karena manusia tidak memiliki enzim urikase, produk akhir katabolisme purin pada manusia adalah asam urat. Amfibi , dan reptil juga tidak memiliki enzim urikase , dan mengekresikan asam urat serta guanin sebaik produk akhir cairan tubuh. Garam Urat Bersifat Lebih larut Dibandingkan Asam Urat
Sebagaimana untuk setiap asam lemah, proporsi relatif asam lemah – asam urat- yang tidak bedisosiasi denga konjugat yang tidak berdosiasi dengan konjugat basa uratnya bergantung pada nilai PH. Hya disosiasi proton pertamalah (nilai p K 1= 5,8) yang perlu dipertimbangkan disini karena nilai pK 2 untuk proton kedua adalah 10.3., suatu nilai yang berada di atas nilai cairan fisikologi. Dengan demikian, hanya asam urat dan garam menosodium uratklah yang terdapat dalam cairan tubuh. Garam urat besifat jauh lebih larut didalam air,dibandigkan asam urat. Urine pada PH 5 hanya dapat melarutkan sekitar seper spuluh total urat (15mg/dL),yang dapat dilarutkan oleh urine pada pH 7 (150-200 mg/dL),dan pH 11
urine yang normal secara khas berada dibawah 5,8. Dengan demikian, kristal saluran kemih berupa ntarium urat ditemukan disebelah proksimal lokasi asidifikasi urine (tubulus dikstal dan duktus koligen),sedangkan kristal asam urat ditemukan disebelah distal. Karena sebagian besar batu pada sistem pengumpul saluran kemih tersusun atas asam urat, pembentukan batu dapat dikurangi dengan alkalinisasi urine. GOUT MERUPAKAN PURIN
KELAINAN
METABOLIK
KATABOLISME
Pada hiper urismea, kadar urat serum melebihi batas kelarutanya. Kristilasis natrium urat yagn terjadi didalam jaringan lunak dan persendian akan mebentuk endapan yang dinamaksn tofus. Proses ini menyebabkan suatu reaksi peradangan akut, yaitu artritis gout aku, yang dapat berlanjut menjadi artritis gout kronis. Pemeriksaan menggunakan mikroskop cahaya pemelorisasi yang memperlihatkan kristal natrium urat bebentuk jarum dan bersifat birefringen negatif kuat dalam cairan sendi merupakan tanda diagnostik penyakit gout. Kristal tersebut akan terlihat kuning jika sumbu memanjangnya sejajar dengan bidang cahaya yang terpolarisasi dan berwarna biru jika tegak lurus terhadap bidang tersebut.
Metode Isotof Mengukur Depot Urat yang Dapat Bercampur
Mengencerkan asam [ 15n] urat yang diberikan secara intravena dapat digunakan untuk untuk menghitung depot urat yang bisa bercampur, ( miscibele urate pool ) pada seorang subjek. Besar depot ini rata-rata adalah 1200 mg pada laki-laki dewasa normal dan 600 mg pda wanita normal, tetapi pada seorang penderita gout tanpa gejala gout berat dengan tofus, dapat berkisar antara 2000 hingga 4000 mg, dan pada penderita gout berat dengan tous, dapat mencapai 30.000 mg. KELAINAN LAIN PADA KATABOLISME PURIN
Meskipun difisiensi purin jarang di jumpai pada manusia, sejulah kelainan genetik, pada katabolisme purin sudah di ketahui cirinya. Merangkumkan gambaran simtomatik utama serta pola pewarisan beberpa penyakit pada katabolisme purin. Hiperurisemea dapat dibedakan berdasarkan kenyataan apakah pasien mengekreaikan urat dalam jumlah total normal atau berlebihan (lebih dari 600 mg/24 jam ) walaupun sebagian keadaan hiperurismea sesuatu defek enzim spesifik, beberapa keadaan hifererusmea terjadi sekunder akibat proses penyakit seperti kangker atau psoriasi yang meningkatkan penggantian jaringan.
12
Sindrom lesch-nyhan
Sindrom lesch-nyuhan, suatu hipererusmea overproduksi yang sering disertai dengan litiasis asm urat serta sindrom mutilasi diri ( self-mutilation) yang aneh, terjadi karena tidak berfungsinya enzim hipoxsantin guanin fosforibisil trasfarase (HPRT) yang merupakan enzim pada reaksi penyelamatan purin, akan menimbulkan overa produksi purin. Ada banyak mutasi yang mengurangi atau menghilangkan HPRT. Mutasi yang telah terdeteksi telah mencakup delesi besar dan keci, mutasi frameshifi, subtitusi basa tungga, dan perubahan yang mengakibatkan pemotongan RNA (abranium RNA splicing ). Mutasi yang lebih ringan akibat rendahnya aktivitas enzim ditandai oleh hiperrurismea berat, tetapi tampa gejala neurologi. Penyakit von Gierke
Overproduksi purin dan hiperurismea pada prnyakit von Gierke (defisiensi glukosa 6 fosfatase) terjadi sekunder akibat penungkatan pembentukan prekursor PRPP, ribosa 5 fisfat. Disamping itu,asidosi laktat yang menyertai akan menaikkan ambang ginjal untuk urat sehingga terjadi kenaikan kadar urat total tubuh. Ganguan metabolisme purin herditer dan adnomalitas enzim yang menyertai Ganguan klinis
Enzim detektif
Sifat Detek
Ciri Ganguan KLinis
Pola Perawatan
Gout
PRPP sintase
Superaktif Overfroduksi dan (meningkatnya overeksresi purin V maks)
Resesif terkait x
Gout
PRPP sintase
Resistensi Overfroduksi dan overekresi terhadap purin inhibisi umpan balik
Resesif terkait x
Gout
HGPRTase
K m rendah untuk kribosa 5-fosfat
Overfroduksi dan ovreksi purin
Kemungkin an resesif terkait x
Gout
HGPRTase
Defisiesnsi persial
Overfroduksi dan overekresi purin
Resesif terkait x
Gout sindrom lesch-nyhn
HGPRTase
Defisiensi total
Overfroduksi dan overekresi purin mutilasi diri
Resesif terkait x
Imunodfsens
Adnesonin deaminase
Defisiensi berat
Imunodefisiensi kombinasi (sel T dan B)
Resestif autosomal
13
Imunodfsensi
Adenosin nukleosida purin
Defisiensi berat
Defisiensi sel T, Inosinoria deoksi insinoria, guanosinoria, deoksiguanisorie,hipourise mea
Resestif autosomal
Batu Ginjal
Fosforilase nukleosida purin
defisiensi berat
Nefolitasis 28dihidrokaladenin
Resestif autosomal
Xantinuria
Adenosin fosforibosil transfarase
Defisiensi total
Netrilisasis xanti,hipoudsmia
Resestif autosomal
HGPRTase=hipoxantin-guanin fosforibosiltransfarase.
Tabel karifikasi pasien penderita hipererusmea I.
Ekskresi urat yang normal,kenaikan urat serum terjadi akibat kelainan ginjal. II. Ekskresi urat yang berlebihan akibat overproduksi. A. Sekunder akibat penyakit lain, misal, kangker, psoriasis B. Defek enzim yang menimbulkan overproduksi. 1. Anomalitas PRPP sintetase 2. Defisiensi hifoxantin-guanin fosforibosilitransferase Hipoureusmea 3. Defisirensi glokosa 6 fosfatase Hiporerusmea dan tidak peningkatan C. Detek yang dikenal ekskresi hpoxantin serta xantin berkan dengan defisiensi xantin oksidase yang terjadi akibat sustu defekxk genetik atau akibat kerusakan hati berat pada defisiensi xantin oksidase berat, penderita dapat memperlihatkan gejala xantinuria dan litiase xantin. Difesiensi Adenosin Deaminase dan Nukleosida Purin Fosforilase Defisiensi adenosin deaminase berkaitan dengan penyakit imonodesifiensi kombinasi yang parah, pada penyakit ini, baik limfosit yang berasal dari timus (Sel T) maupun yang berasal dari sumsum tulang (sel B) menjadi jarang dan terganggu fungsinya. Defisiensi nukleosida purin fosforilase berkaitan dengan defisiensi berat imfosit yang berasal dari timus, dengan fungsi sel B yang tampak norma. Keduanya merupakan kelainan resesif auto somal,. Disfungsi imun terjadi terjadi akibat penumpakan dGTP.
14
KATABOLISME PRIMIDIN MENGHASILKAN METABOLIT YANG DAPAT LARUT DALAM Bebed dengan produk ktabolisme yang tidak begitu mudah larut, produk akhir katabilis primidi bersifat sangat larut didalam air. CO 2, NH3ß-alanin dan ß aminoisobutirat Ekskresi ß-aminoiabousirat meningkat pada leukemia sesudah pemajanan berat terhadap sinar x akibat peningkatan distruksi DN. Ekkresi ß-aminoiabusirat yangabnormal tinggi, yang terlasak hingga pada suatu gen restif,terjadi pada anak – anak hestrozigot dari individu yang diluar keadaan tersebut normal. Kurang lebih 25%orang keturunan cina aztau jepang yang menjalani pemeriksaan ternyata secara konsisten mengekresikan ß-amonoisabutirat, dalam jumlah besar. Berdasarkan analogi dengan hewan lain ,manusia mungkin,melakukan transaminasi, ß aminoisabutirat menjadi matilmalonatsemialdehit yang kemudian akan membentuk suksinil. KOA. Pseudoridin Dieksresikan Tanpa Perubahan Karena tidak ada enzim pada manusia yang mengatalisis reaksi hidrolisis atau fosforolisis pseudoridin, nukleusida yang tidak lazim ini – yang meskipun ketika pertama kali dideteksi di dalam urine manusia hanya ditemukan di dalam tRNA – diekskresikan dalam keadaan tidak berubah di dalam urine subjek normal. OVERPRODUKSI KATABOLIT PIRIMIDIN JARANG DISERTAI DENGAN KELAINAN YANG BERMAKNA SECARA KLINIS Karena produksi akhir katabolisme pirimidin bersifat sangat larut di dalam air, overproduksi pirimidin hanya menimbulkan sedikit abnormalitas yang dapat dideteksi secara klinis (table 36-3). Pada hiperusemia yang berkaitan dengan overproduksi PRPP berat, terjadi overproduksi nukleotida pirimidin dan peningkatan ekskresi ß-alanin. Karena N 5 ,N 10-mutilen-tetrahidrofolat diperlukan untuk sintesis timidilat, kelainan pada metabolisme folat, dan vitamin B 12 akan mengakibatkan defisiensi TMP, Asiduria asam orotat yang menyertai sindrom Reye mungkin terjadi sekunder akibat ketidakmampuan mitokondria yang mengalami kerusakan berat untuk menggunakan karbamoil fosfat sehingga menjadikannya dapat dimanfaatkan bagi produksi asam orotat secara berlebihan di dalam sitosol. Asiduria Orotat Berespons Terhadap Nukleosida Pirimidin Diet Asiduria orotat tipe I mencerminkan defisiensi enzim orotat fosforibosiltransferase sekaligus ortodilat dekarbosilase (reaksi 5 dan 6), dan asiduria orotat tpe II yang lebih langka mencerminkan defisiensi enzim ortodilat dekarbosilase (reaksi 6). Baik pasien tipe I maupun tipe II akan berespon terhadap pemberian uridin oral, dan sesudah pemberian senyawa ini, aktivitas enzim aspartat transkarbamoilase serta hidroorotase yang sangat meningkat pada pasien asiduria orotat tipe I akan kembali normal. Defisiensi pada Enzim Siklus Urea Menyebabkan Diekskresikannya Prekursor Pirimidin
15
Peningkatan ekskresi asam orotat, urasil, dan uridin terjadi menyertai defisiensi enzim ornitin transkarbamoilase yang terdapat di dalam mitokondria hati. Substrat karbamoil fosfat yang kurang terpakai ini akan keluar ke dalam sitosol dan di sana menstimulasi biosintesis nukleotida pirimidin. Asiduria orotat ringan yang disebabkan oleh keadaan ini akan bertambah berat jika penderita memakan makanan yang banyak mengandung nitrogen. tabel 36-3 ganguan metabolisme primidinhoriditer dan abnormalitas enzim yang menyertai ganguan klinis enzim detektif Ciri Ganguan kimia Pola pewarisan ΒTransmanase Tampa gejala sering di jumpai Resesif Aminoisobutirat ada orang asia autosomal asiduria Asiduria orotat Orotat Kristaluria asam orotat, gagal Resesif tipe I fosforibosil dan tumbuh serta anemia autosomal orotidilat megaloblastik Imunodefisiensi, Remisi dengan uridin oral Asidoriat tipe II
orotat Orotidilat dekarbosilase
Orotidinuria orotikasiduria, Resessif anemia mogalobalistik. Remisi autosomal dengan uridin oral Resesif autosomal
Defisiensi omitin Omitin Intoleransi protein, ensefalopati Resesif terkait transkarbamoliaso transkarbomilase hepatik dan asiduria orotat ringan x Menstimulasi biosintesis nukleosida primidin. Asiduria orotat ringan yang di sebabkan oleh keadaan ini akan bertambah berat jika penderita memakan makanan yang kaya nitrigen. Obat – Obatan Akan Mencetuskan Asiduria Asam Orotat Analog purin alopurinol, sebuah substrat untuk orotat fosforibosiltransferase (reaksi 5), akan bersaing untuk fosforibosilasi dengan substrat alami, asam orotat. Selain itu produk nukleotida yang dihasilkan akan menghambat enzim ortodilat dekarboksilase (reaksi 6) sehingga terjadi asiduria orotat ortidunria. Karena lintasan biosintesis nukleotida pirimidin menyesuaikan diri dengan inhibisi ini, kekurangan nukleotida pirimidin pada manusia hanya terjadi sementara dalam tahap – tahap awal pengobatan. Setelah mengalami konverse menjadi 6-azuridilat, senyawa 6-azarudin secara kompottif menghambat enzim orotidilat dekaarboksilase (reaksi 6) sehingga terjadi peningkatan besar pada eksresi asam orotat dan otidin.
16
KESIMPULAN Purin dan primidin bukan merupakan unsur esensial didalam diet manusia dan difisiensi purin pada manusia jarang dijumpa. Asam nukleat pada makanan akan diurai dalam traktusgastro intesnilase anjadi purin dan primidin. Meskipun reaksi ”penyelamatan” mengubah purin dan ribo serta deoksiribonukleosidanya langsung menjadi mononukleotida ygang sesuai sebagian besar purin, primidin,dan derrivatnya tang ada didalam tubuh akan terbentuk lewat biosintesis dari intermedia amfibolik. Biosintesis induk-nukleotida purin, inosin monofosfat, (IMP), melibatkan rangkaian panjang sejumlah reaksi dan sebagian di antaranya di katalisis oleh katalisator multifungsional. Karena derivat folat serta glutaminturut berpartisipasi, didalam rangkaian rreksi ini, obat-obat antifolat serta prefarat analog glutamil akan menghambat biosintesis purin. Oksida dan aminasi IMP akan membentuk AMP serta GM,dan reaksi brikutnya yang berupa, pepindahan gugus fosfat dari ATP akan membentuk ADP serta GDP membentuk GTP. ADP di ubah menjadi ATP melalui foforilasi oksidatif. Biosintesis nukleutida purin didalam hati diatur secara ketat trutama melalui ukuran depot fosforibosil pirofosfat (PRPP) dan inhibisi umpan balik PRPP glutamil NDP membentuk deoksiribonukleotida difofat (dNDP). Sementara uridin dan sitidin diselamatkan, nukleutida pirimidin terutama dibentuk melalui biosintesisdari intermediatamfibolik. Biosintesis ini melibatkan suatu rangkaian reaksi panjang yang berbeda dari rangkaian reaksi panjang yang brebeda dari rangkaian reaksi pada biosintesis purin,tetapi melibatkan reaksi analog yang begitu, sebuah mononukleotida terbentuk. Beberapa analog primidin merupakan substar bagi enzim pada biosintesis nukleotida primidin, dan dengan demikian,menghambat peroses ini . Regulasi biosintesis nukleotida primidin melibatkan kontrol,bai terhadap ekspresi gen mapun aktivitas enzimatiknya. Regulasi biosintetik purin dan primidin yang terkoordinasikan menjamin keberadaan kedua basa ini dalam proporsi yang tepat bagi biosintesis, asam nukleat serta kebutuhan metabolik lain. Sementara reaksi dan senyawa intermediat pada biosintesis purin dan primidin didalam bakteri sama dengan yang terdapat didalam tubuh manusia, enzim yang mengatalisis reksi ini di kelola secaara berbeda . Sebaliknya, sebagian enzim dalam biosintesia de novopurint dan primidin pada manusia merupakan polipeptida multifungsional yang mengatalisis sejumlah reaksi yang berkesinambungan . keuntungan yata dari polipeptida multifungsional mencakup eksfresi berbagai aktivitaskatalik secara terkoordinas serta penyaluran produk reaksi yangsatu ke reaksi berikutnya dalam rangkaian reksi tanpa memerlukan disosiasi dari sebuah enzim.
17
Pada mabnusia purin dikatabolisasi menjadi asam urat y ang merupakan asaam lemah (pk 5,8) dan bergantung pada PH, terdapat sebagai asam yang relatif tidak larut (pada PH asam ) atau sebagai garam natriuum urat yang lebih larut (pada pH mendekati netral). Kristal urat merupakan penunjuk diagnisik untuk penyakit gout, suatu kelainan metabolik pada katabolisme purin. Kelainan lain padakatabolisme purin adalah sindrom lesch-nyhamn, penyakit von Gierkedan hiporismea. Berbeda dengan asam urat dan garam urat yanga merupakan peroduk katabolisme puri yang relatif tidak larut, produk akhir hasil katabilisme primidin bersifat sangat larut didalam air . CO2, NH3. dan β-aminoisobutirat. Meskipun demikian pseudeoridin dieksresikan dalam keadaan tidak berubah. Overfroduksi hasil katabolisme primidin umumnya tidak disertai dengan kelainan klinis bermakna.penderita asiduria orotat berespon terhadap nukleosida primidi diet. Obat-obat tertentiu juga dapat mencetuskan asiduria orotat.meskipun demikian, eksresi prekursor primidin dapat terjadi akibat difisiensi enzin omitin transkarbamolitase yang terdapat didalam siklus urea, mengingat senyawa karbamoil fosfat yang terhindar dari reaksi oleh enzim tersebut akan dapat dimanfaatkan bagi biosintesis primidin.
18
DAFTAR PUSTAKA
Kenny,dkk.1998. Harper Biochemistry jilid 25.Jakarta:EGC
19
