Энергетический метаболизм у паразитов

Энергетический метаболизм у паразитов — это совокупность биохимических путей, посредством которых паразитические простейшие и гельминты генерируют АТФ, часто в условиях низкого содержания кислорода внутри хозяина. Вместо полного окисления углеводов до углекислого газа и воды многие взрослые паразиты ферментируют их до органических кислот, что является адаптацией, резко отличающей их метаболизм от метаболизма их хозяев.

Definition

Энергетический метаболизм у паразитов относится к биохимической генерации АТФ паразитическими организмами, часто посредством анаэробного или частично анаэробного катаболизма углеводов, адаптированного к напряжению кислорода и поступлению питательных веществ в среде их хозяина.

Scope

Эта тема охватывает способы получения химической энергии паразитами, с акцентом на углеводные пути и специализированные анаэробные митохондрии, обнаруженные у многих гельминтов, а также на то, как энергетический метаболизм меняется между стадиями жизненного цикла. Она рассматривает эти пути как справочную биологию и как концептуальную основу для селективных мишеней лекарственных препаратов, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Как взрослые паразиты генерируют АТФ, когда кислород в нише хозяина дефицитен?
• Что такое дисмутация малата и почему она занимает центральное место в энергетическом метаболизме гельминтов?
• Как энергетический метаболизм меняется между свободноживущими, инвазионными и взрослыми стадиями?
• Какие этапы энергетического метаболизма паразитов достаточно отличаются от метаболизма хозяина, чтобы быть мишенями для лекарств?

Key concepts

• Анаэробные (малат-дисмутирующие) митохондрии
• Ферментация углеводов до органических кислот (ацетат, сукцинат, пропионат)
• Родохинон-опосредованное восстановление фумарата
• Ацетат:сукцинат КоА-трансфераза
• Переход от аэробного к анаэробному метаболизму на разных стадиях жизненного цикла
• Субстратное и электрон-транспорт-связанное синтез АТФ
• Принцип метаболического расхождения хозяин-паразит как мишень для лекарств

Mechanisms

Многие взрослые гельминты обитают в условиях низкого содержания кислорода, и их митохондрии осуществляют ферментативный путь, известный как дисмутация малата: фосфоенолпируват направляется к малату, часть которого окисляется, в то время как другая часть восстанавливается через фумарат до сукцината, используя родохинон вместо убихинона аэробных митохондрий, при этом сукцинат и ацетат или пропионат выводятся в качестве конечных продуктов (Tielens & van Hellemond, 2007; Bryant, 1978). Ферменты, характерные для этой анаэробной биохимии, такие как ацетат:сукцинат КоА-трансфераза, связывают образование конечных продуктов с синтезом АТФ и были охарактеризованы у печеночных сосальщиков (van Grinsven et al., 2009). Паразитическая нематода Ascaris suum является классической моделью, показывающей, как один организм переходит от аэробного метаболизма в свободноживущей или личиночной фазе к анаэробному митохондриальному метаболизму во взрослой кишечной фазе (Komuniecki & Komuniecki, 1989). Поскольку эти пути и их ферменты отличаются от метаболизма хозяина, они неоднократно выделяются как потенциальные мишени для селективной химиотерапии (Barrett, 1981).

Clinical relevance

Ферментативный, часто родохинон-зависимый энергетический метаболизм паразитов отличается от аэробного дыхания хозяина, и это различие является давней концептуальной основой для открытия противопаразитарных препаратов. Эта статья описывает эту биологию для облегчения понимания; она не указывает лекарства, дозы или решения о лечении.

History

Исследования с середины двадцатого века и далее установили, что паразитические гельминты часто ферментируют углеводы, а не полностью их окисляют, и обзоры Брайанта и учебник Барретта объединили это в целостную картину регулируемого, в значительной степени анаэробного метаболизма. Более поздние молекулярные работы по анаэробным митохондриям, родохинону и ферментам, таким как ацетат:сукцинат КоА-трансфераза, поместили эти адаптации в биохимическую и эволюционную рамку (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

Используют ли паразиты кислород для получения энергии?

Некоторые стадии используют, но многие взрослые паразиты живут там, где кислород дефицитен, и вместо этого ферментируют углеводы до органических кислот через анаэробные митохондриальные пути, такие как дисмутация малата, которые могут переключаться обратно на аэробный метаболизм на свободноживущих или личиночных стадиях.

Почему энергетический метаболизм паразитов представляет интерес для разработки лекарств?

Некоторые из его ферментов и переносчиков электронов, такие как родохинон и ацетат:сукцинат КоА-трансфераза, отличаются от таковых у хозяина, что в принципе позволяет избирательно вмешиваться в энергоснабжение паразита. Это концептуальная биология, а не рекомендации по лечению.