Métabolisme énergétique chez les parasites

Le métabolisme énergétique chez les parasites est l'ensemble des voies biochimiques par lesquelles les protozoaires et les helminthes parasites génèrent de l'ATP, souvent dans des conditions de faible teneur en oxygène à l'intérieur de l'hôte. Plutôt que d'oxyder complètement les glucides en dioxyde de carbone et en eau, de nombreux parasites adultes les fermentent en acides organiques, une adaptation qui distingue nettement leur métabolisme de celui de leurs hôtes.

Definition

Le métabolisme énergétique chez les parasites fait référence à la génération biochimique d'ATP par les organismes parasites, souvent par un catabolisme anaérobie ou partiellement anaérobie des glucides, adapté à la tension en oxygène et à l'apport en nutriments de leur environnement hôte.

Scope

Ce sujet couvre la manière dont les parasites obtiennent de l'énergie chimique, en mettant l'accent sur les voies basées sur les glucides et les mitochondries anaérobies spécialisées trouvées chez de nombreux helminthes, ainsi que sur la façon dont le métabolisme énergétique se modifie entre les différents stades du cycle de vie. Il traite ces voies comme une biologie de référence et comme la base conceptuelle pour des cibles médicamenteuses sélectives, et non comme des directives cliniques.

Core questions

• Comment les parasites adultes génèrent-ils de l'ATP lorsque l'oxygène est rare dans la niche de l'hôte ?
• Qu'est-ce que la dismutation du malate et pourquoi est-elle centrale au métabolisme énergétique des helminthes ?
• Comment le métabolisme énergétique change-t-il entre les stades de vie libre, infectieux et adulte ?
• Quelles étapes du métabolisme énergétique des parasites diffèrent suffisamment de celui de l'hôte pour être des cibles médicamenteuses ?

Key concepts

• Mitochondries anaérobies (à dismutation du malate)
• Fermentation des glucides en acides organiques (acétate, succinate, propionate)
• Réduction du fumarate médiatisée par la rhodoquinone
• Acétate:succinate CoA-transférase
• Transition métabolique aérobie-anaérobie à travers les stades du cycle de vie
• Synthèse d'ATP au niveau du substrat et associée au transport d'électrons
• Divergence métabolique hôte-parasite comme principe de cible médicamenteuse

Mechanisms

De nombreux helminthes adultes habitent des environnements pauvres en oxygène, et leurs mitochondries utilisent une voie fermentaire connue sous le nom de dismutation du malate : le phosphoénolpyruvate est dirigé vers le malate, dont une partie est oxydée tandis qu'une autre partie est réduite via le fumarate en succinate, en utilisant de la rhodoquinone au lieu de l'ubiquinone des mitochondries aérobies, le succinate et l'acétate ou le propionate étant excrétés comme produits finaux (Tielens & van Hellemond, 2007 ; Bryant, 1978). Des enzymes caractéristiques de cette biochimie anaérobie, telles que l'acétate:succinate CoA-transférase, couplent la formation des produits finaux à la synthèse d'ATP et ont été caractérisées chez les douves hépatiques (van Grinsven et al., 2009). Le nématode parasite Ascaris suum est un modèle classique montrant comment un organisme unique passe d'un métabolisme aérobie dans sa phase de vie libre ou larvaire à un métabolisme mitochondrial anaérobie dans la phase adulte intestinale (Komuniecki & Komuniecki, 1989). Parce que ces voies et leurs enzymes divergent du métabolisme de l'hôte, elles sont régulièrement mises en évidence comme des sites candidats pour la chimiothérapie sélective (Barrett, 1981).

Clinical relevance

Le métabolisme énergétique fermentaire des parasites, souvent dépendant de la rhodoquinone, diffère de la respiration aérobie de l'hôte, et cette différence constitue une base conceptuelle de longue date pour la découverte de médicaments antiparasitaires. Cette entrée décrit cette biologie pour faciliter la compréhension ; elle ne spécifie pas de médicaments, de doses ou de décisions de traitement.

History

Des études menées à partir du milieu du XXe siècle ont établi que les helminthes parasites fermentent souvent les glucides plutôt que de les respirer entièrement, et les revues de Bryant ainsi que le manuel de Barrett ont rassemblé ces informations pour former une image cohérente d'un métabolisme régulé, largement anaérobie. Des travaux moléculaires ultérieurs sur les mitochondries anaérobies, la rhodoquinone et des enzymes telles que l'acétate:succinate CoA-transférase ont placé ces adaptations dans un cadre biochimique et évolutif (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

Les parasites utilisent-ils l'oxygène pour produire de l'énergie ?

Certains stades le font, mais de nombreux parasites adultes vivent là où l'oxygène est rare et fermentent plutôt les glucides en acides organiques par des voies mitochondriales anaérobies telles que la dismutation du malate, qui peut revenir à un métabolisme aérobie dans les stades de vie libre ou larvaires.

Pourquoi le métabolisme énergétique des parasites présente-t-il un intérêt pour le développement de médicaments ?

Plusieurs de ses enzymes et transporteurs d'électrons, tels que la rhodoquinone et l'acétate:succinate CoA-transférase, diffèrent de ceux de l'hôte, ce qui permet en principe une interférence sélective avec l'approvisionnement énergétique du parasite. Il s'agit de biologie conceptuelle, et non de conseils de traitement.