Metabolismo energético en parásitos

El metabolismo energético en parásitos es el conjunto de vías bioquímicas a través de las cuales los protozoos y helmintos parásitos generan ATP, frecuentemente en condiciones de bajo oxígeno dentro del hospedador. En lugar de oxidar completamente los carbohidratos a dióxido de carbono y agua, muchos parásitos adultos los fermentan a ácidos orgánicos, una adaptación que distingue marcadamente su metabolismo del de sus hospedadores.

Definition

El metabolismo energético en parásitos se refiere a la generación bioquímica de ATP por parte de organismos parásitos, a menudo a través del catabolismo anaeróbico o parcialmente anaeróbico de carbohidratos, adaptado a la tensión de oxígeno y al suministro de nutrientes de su entorno hospedador.

Scope

Este tema abarca cómo los parásitos obtienen energía química, con énfasis en las vías basadas en carbohidratos y las mitocondrias anaeróbicas especializadas que se encuentran en muchos helmintos, y en cómo el metabolismo energético cambia entre las etapas del ciclo de vida. Se tratan estas vías como biología de referencia y como base conceptual para dianas farmacológicas selectivas, no como guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo generan ATP los parásitos adultos cuando el oxígeno es escaso en el nicho del hospedador?
• ¿Qué es la dismutación de malato y por qué es central para el metabolismo energético de los helmintos?
• ¿Cómo cambia el metabolismo energético entre las etapas de vida libre, infectiva y adulta?
• ¿Qué pasos del metabolismo energético de los parásitos difieren lo suficiente del hospedador como para ser dianas farmacológicas?

Key concepts

• Mitocondrias anaeróbicas (dismutación de malato)
• Fermentación de carbohidratos a ácidos orgánicos (acetato, succinato, propionato)
• Reducción de fumarato mediada por rodoquinona
• Acetato:succinato CoA-transferasa
• Transición metabólica aeróbica a anaeróbica a través de las etapas del ciclo de vida
• Síntesis de ATP a nivel de sustrato y asociada al transporte de electrones
• Divergencia metabólica hospedador-parásito como principio de diana farmacológica

Mechanisms

Muchos helmintos adultos habitan en ambientes con bajo contenido de oxígeno, y sus mitocondrias ejecutan una vía fermentativa conocida como dismutación de malato: el fosfoenolpiruvato se dirige hacia el malato, parte del cual se oxida mientras que otra parte se reduce a través del fumarato a succinato, utilizando rodoquinona en lugar de la ubiquinona de las mitocondrias aeróbicas, con succinato y acetato o propionato excretados como productos finales (Tielens & van Hellemond, 2007; Bryant, 1978). Las enzimas características de esta bioquímica anaeróbica, como la acetato:succinato CoA-transferasa, acoplan la formación de productos finales con la síntesis de ATP y se han caracterizado en duelas hepáticas (van Grinsven et al., 2009). El nematodo parásito Ascaris suum es un modelo clásico que muestra cómo un solo organismo cambia del metabolismo aeróbico en su fase de vida libre o larvaria al metabolismo mitocondrial anaeróbico en la fase adulta que habita en el intestino (Komuniecki & Komuniecki, 1989). Debido a que estas vías y sus enzimas divergen del metabolismo del hospedador, se destacan repetidamente como sitios candidatos para la quimioterapia selectiva (Barrett, 1981).

Clinical relevance

El metabolismo energético fermentativo de los parásitos, a menudo dependiente de rodoquinona, difiere de la respiración aeróbica del hospedador, y esta diferencia es una base conceptual de larga data para el descubrimiento de fármacos antiparasitarios. Esta entrada describe esa biología para facilitar la comprensión; no especifica fármacos, dosis o decisiones de tratamiento.

History

Estudios desde mediados del siglo XX en adelante establecieron que los helmintos parásitos a menudo fermentan carbohidratos en lugar de respirarlos completamente, y las revisiones de Bryant y el libro de texto de Barrett unieron esto en una imagen coherente de metabolismo regulado, en gran parte anaeróbico. Trabajos moleculares posteriores sobre mitocondrias anaeróbicas, rodoquinona y enzimas como la acetato:succinato CoA-transferasa situaron estas adaptaciones en un marco bioquímico y evolutivo (Bryant, 1978; Barrett, 1981; Tielens & van Hellemond, 2007; van Grinsven et al., 2009).

Key figures

• Aloysius Tielens
• Jaap van Hellemond
• Clive Bryant
• Richard Komuniecki
• John Barrett

Seminal works

• bryant-1978
• barrett-1981
• tielens-2007

Frequently asked questions

¿Utilizan los parásitos oxígeno para producir energía?

Algunas etapas sí lo hacen, pero muchos parásitos adultos viven donde el oxígeno es escaso y, en su lugar, fermentan carbohidratos a ácidos orgánicos a través de vías mitocondriales anaeróbicas como la dismutación de malato, que puede volver al metabolismo aeróbico en las etapas de vida libre o larvarias.

¿Por qué el metabolismo energético de los parásitos es de interés para el desarrollo de fármacos?

Varias de sus enzimas y transportadores de electrones, como la rodoquinona y la acetato:succinato CoA-transferasa, difieren de los del hospedador, lo que en principio permite una interferencia selectiva con el suministro de energía del parásito. Esto es biología conceptual, no un consejo de tratamiento.