การเผาผลาญพลังงานในปรสิต
การเผาผลาญพลังงานในปรสิตคือชุดของวิถีชีวเคมีที่โปรโตซัวและหนอนพยาธิสร้าง ATP ซึ่งมักจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะออกซิเจนต่ำภายในโฮสต์ แทนที่จะออกซิไดซ์คาร์โบไฮเดรตให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำอย่างสมบูรณ์ ปรสิตตัวเต็มวัยจำนวนมากจะหมักคาร์โบไฮเดรตให้เป็นกรดอินทรีย์ ซึ่งเป็นการปรับตัวที่ทำให้การเผาผลาญของพวกมันแตกต่างอย่างชัดเจนจากการเผาผลาญของโฮสต์
Definition
การเผาผลาญพลังงานในปรสิตหมายถึงการสร้าง ATP ทางชีวเคมีโดยสิ่งมีชีวิตปรสิต ซึ่งมักจะผ่านการสลายคาร์โบไฮเดรตแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจนบางส่วน โดยปรับให้เข้ากับความตึงของออกซิเจนและการจัดหาสารอาหารในสภาพแวดล้อมของโฮสต์
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่ปรสิตได้รับพลังงานเคมี โดยเน้นที่วิถีที่ใช้คาร์โบไฮเดรตและไมโทคอนเดรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่พบในหนอนพยาธิหลายชนิด และวิธีการที่การเผาผลาญพลังงานเปลี่ยนแปลงไปตามระยะของวงจรชีวิต หัวข้อนี้ถือว่าวิถีเหล่านี้เป็นชีววิทยาอ้างอิงและเป็นพื้นฐานแนวคิดสำหรับเป้าหมายยาที่เลือกได้ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก
Core questions
- ปรสิตตัวเต็มวัยสร้าง ATP ได้อย่างไรเมื่อออกซิเจนหายากในแหล่งที่อยู่ของโฮสต์?
- malate dismutation คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อการเผาผลาญพลังงานของหนอนพยาธิ?
- การเผาผลาญพลังงานเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรระหว่างระยะอิสระ ระยะติดเชื้อ และระยะตัวเต็มวัย?
- ขั้นตอนใดของการเผาผลาญพลังงานของปรสิตที่แตกต่างจากโฮสต์มากพอที่จะเป็นเป้าหมายของยา?
Key concepts
- ไมโทคอนเดรียแบบไม่ใช้ออกซิเจน (malate-dismutation)
- การหมักคาร์โบไฮเดรตเป็นกรดอินทรีย์ (อะซิเตต, ซัคซิเนต, โพรพิโอเนต)
- การรีดิวซ์ฟูมาเรตโดยใช้โรโดควิโนน
- Acetate:succinate CoA-transferase
- การเปลี่ยนผ่านการเผาผลาญจากแบบใช้ออกซิเจนไปเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนในระยะต่างๆ ของวงจรชีวิต
- การสังเคราะห์ ATP ระดับซับสเตรตและการสังเคราะห์ ATP ที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งอิเล็กตรอน
- ความแตกต่างของการเผาผลาญระหว่างโฮสต์กับปรสิตเป็นหลักการเป้าหมายของยา
Mechanisms
หนอนพยาธิตัวเต็มวัยหลายชนิดอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ และไมโทคอนเดรียของพวกมันดำเนินวิถีการหมักที่เรียกว่า malate dismutation: ฟอสโฟอีนอลไพรูเวตจะถูกส่งไปยังมาเลต ซึ่งส่วนหนึ่งจะถูกออกซิไดซ์ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งจะถูกรีดิวซ์ผ่านฟูมาเรตไปเป็นซัคซิเนต โดยใช้โรโดควิโนน (rhodoquinone) แทนยูบิควิโนน (ubiquinone) ของไมโทคอนเดรียแบบใช้ออกซิเจน โดยมีซัคซิเนตและอะซิเตตหรือโพรพิโอเนตถูกขับออกมาเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย (Tielens & van Hellemond, 2007; Bryant, 1978) เอนไซม์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของชีวเคมีแบบไม่ใช้ออกซิเจนนี้ เช่น acetate:succinate CoA-transferase จะเชื่อมโยงการสร้างผลิตภัณฑ์สุดท้ายกับการสังเคราะห์ ATP และได้รับการระบุลักษณะในพยาธิใบไม้ในตับ (van Grinsven et al., 2009) พยาธิตัวกลม Ascaris suum เป็นแบบจำลองคลาสสิกที่แสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวเปลี่ยนจากการเผาผลาญแบบใช้ออกซิเจนในระยะอิสระหรือระยะตัวอ่อนไปสู่การเผาผลาญของไมโทคอนเดรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนในระยะตัวเต็มวัยที่อาศัยอยู่ในลำไส้ได้อย่างไร (Komuniecki & Komuniecki, 1989) เนื่องจากวิถีเหล่านี้และเอนไซม์ของพวกมันแตกต่างจากการเผาผลาญของโฮสต์ จึงมีการเน้นย้ำซ้ำๆ ว่าเป็นตำแหน่งเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการทำเคมีบำบัดแบบเลือกได้ (Barrett, 1981)
Clinical relevance
การเผาผลาญพลังงานแบบหมัก ซึ่งมักจะขึ้นอยู่กับโรโดควิโนนของปรสิต แตกต่างจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของโฮสต์ และความแตกต่างนี้เป็นพื้นฐานแนวคิดที่มีมานานสำหรับการค้นพบยาต้านปรสิต ข้อมูลนี้อธิบายชีววิทยาดังกล่าวเพื่อช่วยในการทำความเข้าใจ ไม่ได้ระบุยา ปริมาณ หรือการตัดสินใจในการรักษา
History
การศึกษาตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 เป็นต้นมาได้ยืนยันว่าหนอนพยาธิมักจะหมักคาร์โบไฮเดรตแทนที่จะหายใจอย่างสมบูรณ์ และบทวิจารณ์ของ Bryant และตำราของ Barrett ได้รวบรวมสิ่งเหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นภาพที่สอดคล้องกันของการเผาผลาญที่ถูกควบคุมและส่วนใหญ่เป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจน งานวิจัยระดับโมเลกุลในภายหลังเกี่ยวกับไมโทคอนเดรียแบบไม่ใช้ออกซิเจน โรโดควิโนน และเอนไซม์เช่น acetate:succinate CoA-transferase ได้วางการปรับตัวเหล่านี้ไว้ในกรอบชีวเคมีและวิวัฒนาการ (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
Related topics
Seminal works
- bryant-1978
- barrett-1981
- tielens-2007
Frequently asked questions
- ปรสิตใช้ออกซิเจนในการสร้างพลังงานหรือไม่?
- บางระยะใช้ แต่ปรสิตตัวเต็มวัยจำนวนมากอาศัยอยู่ในที่ที่ออกซิเจนหายาก และจะหมักคาร์โบไฮเดรตเป็นกรดอินทรีย์ผ่านวิถีไมโทคอนเดรียแบบไม่ใช้ออกซิเจน เช่น malate dismutation ซึ่งสามารถเปลี่ยนกลับไปสู่การเผาผลาญแบบใช้ออกซิเจนในระยะอิสระหรือระยะตัวอ่อนได้
- เหตุใดการเผาผลาญพลังงานของปรสิตจึงน่าสนใจสำหรับการพัฒนายา?
- เอนไซม์และตัวพาอิเล็กตรอนหลายชนิด เช่น โรโดควิโนนและ acetate:succinate CoA-transferase แตกต่างจากของโฮสต์ ซึ่งโดยหลักการแล้วช่วยให้สามารถรบกวนการจัดหาพลังงานของปรสิตได้อย่างเลือกสรร นี่คือชีววิทยาเชิงแนวคิด ไม่ใช่คำแนะนำในการรักษา