متابولیسم انرژی در انگل‌ها

متابولیسم انرژی در انگل‌ها مجموعه‌ای از مسیرهای بیوشیمیایی است که از طریق آن‌ها تک‌یاخته‌ای‌ها و کرم‌های انگلی ATP تولید می‌کنند، اغلب در شرایط کمبود اکسیژن در داخل میزبان. بسیاری از انگل‌های بالغ به جای اکسیداسیون کامل کربوهیدرات به دی‌اکسید کربن و آب، آن را به اسیدهای آلی تخمیر می‌کنند، سازگاری‌ای که متابولیسم آن‌ها را به شدت از میزبانشان متمایز می‌کند.

Definition

متابولیسم انرژی در انگل‌ها به تولید بیوشیمیایی ATP توسط ارگانیسم‌های انگلی اشاره دارد که اغلب از طریق کاتابولیسم بی‌هوازی یا نیمه‌بی‌هوازی کربوهیدرات، سازگار با کشش اکسیژن و عرضه مواد مغذی محیط میزبانشان، انجام می‌شود.

Scope

این موضوع به چگونگی کسب انرژی شیمیایی توسط انگل‌ها می‌پردازد، با تأکید بر مسیرهای مبتنی بر کربوهیدرات و میتوکندری‌های بی‌هوازی تخصصی که در بسیاری از کرم‌ها یافت می‌شوند، و همچنین چگونگی تغییر متابولیسم انرژی بین مراحل چرخه زندگی. این مسیرها را به عنوان زیست‌شناسی مرجع و اساس مفهومی برای اهداف دارویی انتخابی بررسی می‌کند، نه به عنوان راهنمای بالینی.

Core questions

• چگونه انگل‌های بالغ در شرایط کمبود اکسیژن در جایگاه میزبان ATP تولید می‌کنند؟
• دیسموتیشن مالات چیست و چرا برای متابولیسم انرژی کرم‌ها حیاتی است؟
• متابولیسم انرژی بین مراحل آزادزی، عفونی و بالغ چگونه تغییر می‌کند؟
• کدام مراحل متابولیسم انرژی انگل به اندازه‌ای با میزبان تفاوت دارند که بتوانند اهداف دارویی باشند؟

Key concepts

• میتوکندری‌های بی‌هوازی (دیسموتیشن مالات)
• تخمیر کربوهیدرات به اسیدهای آلی (استات، سوکسینات، پروپیونات)
• کاهش فومارات با واسطه رودوکینون
• استات:سوکسینات CoA-ترانسفراز
• انتقال متابولیک هوازی به بی‌هوازی در مراحل چرخه زندگی
• سنتز ATP در سطح سوبسترا و مرتبط با انتقال الکترون
• واگرایی متابولیک میزبان-انگل به عنوان یک اصل هدف دارویی

Mechanisms

بسیاری از کرم‌های بالغ در محیط‌هایی با اکسیژن کم زندگی می‌کنند و میتوکندری‌های آن‌ها یک مسیر تخمیری به نام دیسموتیشن مالات را اجرا می‌کنند: فسفوانول‌پیروات به سمت مالات هدایت می‌شود که بخشی از آن اکسید شده و بخش دیگر از طریق فومارات به سوکسینات کاهش می‌یابد، با استفاده از رودوکینون به جای یوبی‌کینون میتوکندری‌های هوازی، و سوکسینات و استات یا پروپیونات به عنوان محصولات نهایی دفع می‌شوند (Tielens & van Hellemond, 2007; Bryant, 1978). آنزیم‌های مشخصه این بیوشیمی بی‌هوازی، مانند استات:سوکسینات CoA-ترانسفراز، تشکیل محصول نهایی را با سنتز ATP مرتبط می‌کنند و در کرم‌های کبدی شناسایی شده‌اند (van Grinsven et al., 2009). نماتود انگلی Ascaris suum یک مدل کلاسیک است که نشان می‌دهد چگونه یک ارگانیسم واحد از متابولیسم هوازی در فاز آزادزی یا لاروی خود به متابولیسم میتوکندریایی بی‌هوازی در فاز بالغ ساکن روده تغییر می‌کند (Komuniecki & Komuniecki, 1989). از آنجا که این مسیرها و آنزیم‌های آن‌ها از متابولیسم میزبان متفاوت هستند، بارها به عنوان مکان‌های کاندید برای شیمی‌درمانی انتخابی برجسته شده‌اند (Barrett, 1981).

Clinical relevance

متابولیسم انرژی تخمیری و اغلب وابسته به رودوکینون انگل‌ها با تنفس هوازی میزبان متفاوت است و این تفاوت یک اساس مفهومی دیرینه برای کشف داروهای ضد انگل است. این مدخل آن زیست‌شناسی را برای کمک به درک توضیح می‌دهد؛ دارو، دوز یا تصمیمات درمانی را مشخص نمی‌کند.

History

مطالعات از اواسط قرن بیستم به بعد نشان دادند که کرم‌های انگلی اغلب کربوهیدرات را تخمیر می‌کنند تا اینکه آن را به طور کامل تنفس کنند، و بررسی‌های برایانت و کتاب درسی بارت این موضوع را در یک تصویر منسجم از متابولیسم تنظیم‌شده و عمدتاً بی‌هوازی گردآوری کردند. کارهای مولکولی بعدی بر روی میتوکندری‌های بی‌هوازی، رودوکینون، و آنزیم‌هایی مانند استات:سوکسینات CoA-ترانسفراز، این سازگاری‌ها را در یک چارچوب بیوشیمیایی و تکاملی قرار دادند (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

آیا انگل‌ها برای تولید انرژی از اکسیژن استفاده می‌کنند؟

برخی از مراحل از اکسیژن استفاده می‌کنند، اما بسیاری از انگل‌های بالغ در محیط‌هایی زندگی می‌کنند که اکسیژن کمیاب است و به جای آن کربوهیدرات را از طریق مسیرهای میتوکندریایی بی‌هوازی مانند دیسموتیشن مالات به اسیدهای آلی تخمیر می‌کنند، که می‌تواند در مراحل آزادزی یا لاروی به سمت متابولیسم هوازی بازگردد.

چرا متابولیسم انرژی انگل برای توسعه دارو مورد توجه است؟

برخی از آنزیم‌ها و حامل‌های الکترون آن، مانند رودوکینون و استات:سوکسینات CoA-ترانسفراز، با آنزیم‌ها و حامل‌های میزبان متفاوت هستند، که در اصل امکان تداخل انتخابی با تأمین انرژی انگل را فراهم می‌کند. این یک زیست‌شناسی مفهومی است، نه توصیه درمانی.