Chuyển hóa năng lượng ở ký sinh trùng

Chuyển hóa năng lượng ở ký sinh trùng là tập hợp các con đường sinh hóa mà qua đó động vật nguyên sinh và giun sán ký sinh tạo ra ATP, thường trong điều kiện thiếu oxy bên trong vật chủ. Thay vì oxy hóa hoàn toàn carbohydrate thành carbon dioxide và nước, nhiều ký sinh trùng trưởng thành lên men carbohydrate thành axit hữu cơ, một sự thích nghi làm cho quá trình chuyển hóa của chúng khác biệt rõ rệt so với vật chủ.

Definition

Chuyển hóa năng lượng ở ký sinh trùng đề cập đến quá trình tạo ra ATP bằng sinh hóa bởi các sinh vật ký sinh, thường thông qua quá trình dị hóa carbohydrate kỵ khí hoặc bán kỵ khí, thích nghi với áp suất oxy và nguồn cung cấp chất dinh dưỡng của môi trường vật chủ.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách ký sinh trùng thu nhận năng lượng hóa học, với trọng tâm là các con đường dựa trên carbohydrate và ty thể kỵ khí chuyên biệt được tìm thấy ở nhiều loài giun sán, cũng như cách chuyển hóa năng lượng thay đổi giữa các giai đoạn trong vòng đời. Nó coi các con đường này như sinh học tham chiếu và là cơ sở khái niệm cho các mục tiêu thuốc chọn lọc, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Ký sinh trùng trưởng thành tạo ra ATP như thế nào khi oxy khan hiếm trong môi trường vật chủ?
• Phân giải malate là gì và tại sao nó lại là trung tâm của chuyển hóa năng lượng ở giun sán?
• Chuyển hóa năng lượng thay đổi như thế nào giữa các giai đoạn sống tự do, lây nhiễm và trưởng thành?
• Những bước nào trong chuyển hóa năng lượng của ký sinh trùng khác biệt đủ so với vật chủ để trở thành mục tiêu thuốc?

Key concepts

• Ty thể kỵ khí (phân giải malate)
• Lên men carbohydrate thành axit hữu cơ (acetate, succinate, propionate)
• Khử fumarate qua trung gian rhodoquinone
• Acetate:succinate CoA-transferase
• Chuyển đổi trao đổi chất từ hiếu khí sang kỵ khí qua các giai đoạn vòng đời
• Tổng hợp ATP ở mức cơ chất và liên quan đến vận chuyển điện tử
• Sự khác biệt trao đổi chất giữa vật chủ và ký sinh trùng như một nguyên tắc mục tiêu thuốc

Mechanisms

Nhiều loài giun sán trưởng thành sống trong môi trường thiếu oxy, và ty thể của chúng thực hiện một con đường lên men được gọi là phân giải malate: phosphoenolpyruvate được chuyển hóa thành malate, một phần trong số đó bị oxy hóa trong khi một phần khác bị khử thông qua fumarate thành succinate, sử dụng rhodoquinone thay vì ubiquinone của ty thể hiếu khí, với succinate và acetate hoặc propionate được bài tiết dưới dạng sản phẩm cuối (Tielens & van Hellemond, 2007; Bryant, 1978). Các enzyme đặc trưng của quá trình sinh hóa kỵ khí này, chẳng hạn như acetate:succinate CoA-transferase, kết hợp sự hình thành sản phẩm cuối với quá trình tổng hợp ATP và đã được xác định ở sán lá gan (van Grinsven et al., 2009). Giun đũa ký sinh Ascaris suum là một mô hình cổ điển cho thấy cách một sinh vật duy nhất chuyển từ chuyển hóa hiếu khí trong giai đoạn sống tự do hoặc ấu trùng sang chuyển hóa ty thể kỵ khí trong giai đoạn trưởng thành sống trong ruột (Komuniecki & Komuniecki, 1989). Bởi vì các con đường này và các enzyme của chúng khác biệt so với chuyển hóa của vật chủ, chúng liên tục được nhấn mạnh là các vị trí ứng cử viên cho hóa trị liệu chọn lọc (Barrett, 1981).

Clinical relevance

Chuyển hóa năng lượng lên men, thường phụ thuộc rhodoquinone của ký sinh trùng khác với hô hấp hiếu khí của vật chủ, và sự khác biệt này là một cơ sở khái niệm lâu đời cho việc khám phá thuốc chống ký sinh trùng. Mục này mô tả sinh học đó để hỗ trợ sự hiểu biết; nó không chỉ định thuốc, liều lượng hoặc quyết định điều trị.

History

Các nghiên cứu từ giữa thế kỷ XX trở đi đã xác định rằng giun sán ký sinh thường lên men carbohydrate thay vì hô hấp hoàn toàn, và các bài đánh giá của Bryant và sách giáo khoa của Barrett đã tổng hợp điều này thành một bức tranh mạch lạc về chuyển hóa được điều hòa, phần lớn là kỵ khí. Công trình phân tử sau này về ty thể kỵ khí, rhodoquinone và các enzyme như acetate:succinate CoA-transferase đã đặt những sự thích nghi này vào một khuôn khổ sinh hóa và tiến hóa (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

Ký sinh trùng có sử dụng oxy để tạo năng lượng không?

Một số giai đoạn có, nhưng nhiều ký sinh trùng trưởng thành sống ở nơi oxy khan hiếm và thay vào đó lên men carbohydrate thành axit hữu cơ thông qua các con đường ty thể kỵ khí như phân giải malate, có thể chuyển trở lại chuyển hóa hiếu khí ở giai đoạn sống tự do hoặc ấu trùng.

Tại sao chuyển hóa năng lượng của ký sinh trùng lại được quan tâm trong phát triển thuốc?

Một số enzyme và chất mang điện tử của nó, chẳng hạn như rhodoquinone và acetate:succinate CoA-transferase, khác với của vật chủ, về nguyên tắc cho phép can thiệp chọn lọc vào nguồn cung cấp năng lượng của ký sinh trùng. Đây là sinh học khái niệm, không phải lời khuyên điều trị.