Биохимия Плазмодия

Введение

Малярийные паразиты, как и все организмы, должны получать питательные вещества из окружающей среды и преобразовывать эти питательные вещества для других молекул или энергии (т. е. катаболизм). Эти другие молекулы и энергия, которые затем используются для поддержания гомеостаза паразита, и в рост и размножение паразита (т. е. ассимиляция). Анаболические и катаболические процессы, катализируемые ферментами. Растущих и размножающихся особей требуют высокого уровня макромолекул и других веществ, для поддержания клеточной структуры и функции. Малярийный паразит должен приобретать эти биохимические вещества и прекурсоры от хозяина. [См. также: Краткий обзор Биохимия плазмодия.]

Уникальный жизненный цикл и в результате микроокружения паразита привело к эволюции метаболических путей, которые отличаются от человека-хозяина. Это может быть возможным, чтобы использовать эти уникальные путей и ферментов в разработке терапевтических стратегий. Например, многие противомалярийные препараты, как известно, влияют на пищевой вакуоли , которая является особой органеллой для переваривания принимающих принимающих hemoblobin.

Оглавление:

Гемоглобин Статистика
95% от общего белка эритроцитов находится НВвнутриклеточную концентрацию HB составляет 5 мм (>300 мг/мл)60-80% НВ разрушается под действием паразитана 20% паразитемии, 110 г НВ расходуется в течение 48 ч.

 

Гемоглобин деградации и пищевой Вакуоли

Малярийный паразит нуждается в аминокислотах для синтеза своих белков. Тремя источниками аминокислот являются: де Ново синтеза, импорт из узла плазмы, и пищеварение принимающих гемоглобина. (См. также Плазмодия Биохимия—белки и аминокислоты.) Гемоглобин является чрезвычайно распространенным белком в цитоплазме эритроцитов и служит основным источником аминокислот для паразита (Коробка). Гемоглобин расщепляется на пептиды и аминокислоты в вакуольная отсек известен как пищевой вакуоли. [См. Вундерлих и соавт (2012) для всеобъемлющего обзора пищевой вакуоли и деятельности, связанной с вакуолью.]

Заглатывание хозяина цитоплазмы

ingest

В начале кольцом стадии паразита занимает стромы клетки-хозяина путем пиноцитоза (Рис., справа; Примечание промилле = паразитплазматическая мембрана) в результате двойного мембранных везикул. Внутренняя мембрана, которая соответствует ПВМ, быстро исчезает и переваривание гемоглобина происходит в течение этих мелких пузырьков во время ранней стадии трофозоита. Как паразит созревает, он развивает специальные органеллы, называемые в цитоста для поглощения принимающих цитоплазмы и небольшой пигмент-содержащих везикул сливаются и образуют большие пищевой вакуоли. (Гаметоциты не образуют большие пищевой вакуоли и характеризуются небольшой пигмент-содержащих везикул удовлетворить их цитоплазму.) Дважды мембранных везикул отщипнуть от основания цитоста и предохранитель с пищевой вакуоли. Внутренняя мембрана (изначально ПВМ) является лизированных и гемоглобин выходит в пищевой вакуоли.

Протеазы и пищевой Вакуоли

Пищевая вакуоль представляет собой отсек кислой (рН 5.0-5.4), содержащий протеазы деятельности. В связи с этим в пищевой вакуоли напоминаетлизосомы, кроме других кислотных гидролаз (напр., благодаря и нуклеаз) не выявлено. Предположительно другие кислоты гидролазы не требуется, т. к. микроокружения эритроцитов почти исключительно белок, а в частности, гемоглобина (Коробка). В кислой рН пищевых вакуолей поддерживается сек+-translocating Атфазы и н+-translocating pyrophosphatase, оба из которых являются гомологичные V-образные транспортеры нашли в растениях. Таким образом, в пищевой вакуоли, вероятно, гомологичные тонопласт, содержащихся в растениях и других простейших.

Пищевая Вакуоль Протеаз
Название Класс
plasmepsins аспарагиновая (кислота)
falcipains цистеин (тиоловые)
falcilysin металло

 

Несколько различных протеаз деятельности, представляющих три из четырех основных классов протеаз, были выявлены в пищевой вакуоли (Таблица). Несколько plasmepsins и falcipains выявлено не было. Переваривание гемоглобина вероятно, происходит в результате полузаказных процесс, включающий последовательные действия различных протеаз (Гольдберг, 2005). Несколько plasmespsin гены были идентифицированы в геноме тропической малярии (P. falciparum и четыре из этих apprear функционировать в пищевой вакуоли (Банерджи, 2002). Plasmepsin-1 и plasmepsin-2 являются лучшими охарактеризовать и как способны рассекая неденатурированный гемоглобина между фенилаланина и лейцина остатков, расположенных в положениях 33 и 34 на Альфа-глобиновых цепей. Эти остатки расположены в консервативных домена, известных как шарнирная область, которая, как считается, решающую роль в стабилизации общей структуры гемоглобина. Скол на этот сайт предположительно вызывает глобиновых субъединиц диссоциирует и частично разворачиваются. Этот разворачивающийся выставят дополнительные протеазы сайтов в глобина полипептид цепи. Другой plasmepsins, а plasmepsin-1 и plasmepsin-2, и falcipains могут в дальнейшем ухудшить эти большие фрагменты глобина. Было высказано предположение, что falcipain-2 (Shenai, 2000), и, возможно, falcipain-3 (Sijwali, 2001), способны расщеплять собственный гемоглобин и поэтому также могут участвовать в начальном расщеплении гемоглобина.

Falcilysin не может переварить собственный гемоглобин или денатурированный глобин, но легко отщепляет небольшие фрагменты полипептида (до 20 аминокислот), порожденных действием falcipain и plasmepsin. Сайт специфика falcilysin дополняет plasmepsins и falcipains и приводит к образованию пептидов 6-8 аминокислот в длину. Поэтому переваривание гемоглобина является полузаказных процесс, включающий начальное разрушение крупных фрагментов с последующим деградации малых пептидов (Рис., от Вундерлих и соавт, 2012). Предлагаемый путь гемоглобина пищеварение включает первичное расщепление по plasmepsin-1 (и, возможно, falcipain-2) с последующим комбинированного действия нескольких plasmepsins и falcipains. Пептидных фрагментов , производимые этими сварение пищи, которые затем перевариваются в более мелкие пептиды по falcilysin.

fv_prot

Первоначально но пищевой вакуоли, связанные exopeptidase деятельности могут быть выявлены в пищевой вакуоли (Kolakovich 1997). Тем не менее, два аминопептидазы (приложение), были впоследствии обнаружены в пищевой вакуоли (Далал и Klemba, 2007), который можете обменять на пептиды в аминокислоты. Кроме того, dipeptidyl аминопептидазы (DPAP) активность была обнаружена в пищевой вакуоли (Кемба 2004). Он предположил, что DPAP может удалить дипептидов от N-концах пептидов, получаемых путем действия различных эндопептидазы в пищевой вакуоли, а затем и аминопептидазы, могут преобразовать их в аминокислоты. Нейтральные амино-пептидазы активность была обнаружена в цитоплазме несколько Плазмодия вида (Кудряш 1994; Флоран 1998).

Шесть аминокислотных транспортеров были выявлены в Плазмодия генома. Однако, там места не известны. Pfmdr-1 был локализован в пищевой вакуоли мембраны и является членом АТФ-связывающего кассетного (АВС) транспортер суперсемейства. Некоторые функции АВС-транспортеров к транспорту полипептидов через мембраны. Например, енто6 генов дрожжей транспортирует a-типа спаривания фактор (в 12 аминокислоты пептид).Pfmdr-1 может дополнить енто6 Гена (Волкман 1995), указывая, что он не мог функционировать в насос мелких пептидов в цитоплазме паразита. Однако более поздние данные свидетельствуют о том, что ПФмлу-1 скорее всего функция импорта растворенных веществ, в том числе препаратов, в пищевой вакуоли (Рорбах 2006). Еще один транспортер, выраженные в пищевой вакуоли мембрана ПФЭЛТ (хлорохин устойчивостью transproter).ПФЭЛТ является членом препарата/метаболит транспортера (ДМТ) надсемейство и может экспортировать хлорохин и другие препараты от пищевой вакуоли. Пептиды способны блокировать экспорт наркотиков через ПФЭЛТ, и, таким образом, предполагая, что ПФЭЛТ может работать в транслокацию пептидов из пищевой вакуоли в цитоплазме паразита (Мартин, 2009).

В резюме, вероятный сценарий для полного переваривания гемоглобина состоит из слаженных действиях plasmepsins, falcipains и falcilysin ведущих к производству небольших пептидов. Небольшие пептиды затем преобразуются в аминокислот или дипептидов, которые затем преобразуются в аминокислоты. Мелкие пептиды и дипептиды не полностью перепланирован аминокислот в пищевой вакуоли могут быть перемещены в цитоплазме паразита, где амино-пептидазы осуществляет окончательного превращения в аминокислоты.

Детоксикация Гема и ROI

Переваривание гемоглобина также выпускает гема. Свободный гем является токсичным из-за его способности дестабилизировать и лизиса мембран, а также блокировать активность ряда ферментов. Три, а возможно четыре, механизмы, с помощью которых гема преобразуется были определены:

  • секвестр свободного гема в гемозоин [малярийный пигмент], или малярийного пигмента;
  • деградации способствуют перекиси водорода в пищевой вакуоли;
  • в глутатион-зависимой деградации, которая происходит в цитоплазме паразита;
  • и, возможно, гемоксигеназа, который был найден в п. berghei (паразит грызунов) и П. knowlesi (обезьяний паразита), но не P. falciparum малярией.

Как гемозоин [малярийный пигмент] формирование путей и деструктивные пути, вероятно, функционируют одновременно с 25-50% свободного гема превращается в гемозоин [малярийный пигмент] и остальная часть деградирует (Гинзбург 1999). Однако, некоторые исследования показывают, что до 95% свободного железа гемоглобин высвобождается при переваривании в гемозоин [малярийный пигмент] (Иган 2008). Рентгеновская кристаллография и спектроскопический анализ указывает на то, что гемозоин [малярийный пигмент] имеет ту же структуру, б-гематин (Pagola 2000). б-гематин это димера гема формируются через взаимные ковалентные связи между группами карбоновой кислоты на протопорфирина-IX в кольцо и атом железа гема из двух молекул (Рис., см. также более крупные изображения). Эти димеры взаимодействуют через водородные связи образуют кристаллы гемозоин [малярийный пигмент]. Таким образом, формирование пигмента лучше всего описывается как biocrystallization, или биоминерализации, процесс (Hempelmann 2007; Эган 2008). Механизм формирования hemazoin не известно, но недавно белок, который может послужить катализатором формирования гемозоин [малярийный пигмент] был описан (Яни 2008). Липиды также могут участвовать в процессе в том, что липидные тела наблюдались в пищевой вакуоли и гемозоин [малярийный пигмент] связан с липидами (Иган 2008).

Структуры Гема и гемозоин [малярийный пигмент]
Гема бета-Гем гемозоин [малярийный пигмент]
Гема б-Гематин Гемозоин [малярийный пигмент]
Легенда. (Слева) химическую структуру гема. (Центр) шарик и втыкаем модель б-гематин. Взаимные связи между кислородом и железом показано фиолетовым цветом. (Справа) заполнения пространства модели предлагаемых гемозоин [малярийный пигмент] структурой (модифицированный от Pagola 2000). Один б-гематин блок будет выделен желтым цветом. Цветы являются одинаковыми во всех 3 фигур. См. также более крупные цифры.

Часть свободного гема могут быть ухудшены в нетоксические метаболиты. Три потенциальных процессы были описаны: в пищевой вакуоли перекиси водорода опосредованного окисления порфиринового кольца приводит к его открытию и последующим пробоем; некоторые из гема translocates всей пищевой вакуоли мембрану в цитоплазму, где хозяин он окисляется под воздействием восстановленного глутатиона (GSH); и гемоксигеназа активность была обнаружена в некоторых не малярийных паразитов человека. Однако эти процессы играют роль в деградации гема не известно.

Хлорохин и другие 4-aminoquinolines препятствуют образованию пигмента, а также гема деструктивные процессы (Гинзбург 1999) и тем самым предотвратить детоксикации гема. Свободный гем дестабилизирует еда вакуольная мембраны и других мембран и приводит к гибели паразита. [См. более подробное обсуждение действия хлорохина.] Тот факт, что biocrystallization гема-это уникальный процесс, чтобы паразит и не нашли в хост и определяет высокий терапевтический индекс этих препаратов в отсутствие лекарственной устойчивости. Многие другие противомалярийные препараты створ пищевой вакуоли, свидетельствующие о значении этой органеллой и ее различные функции (на рисунке) для выживания паразита.

Железо связывается с гемоглобином, преимущественно в черных состоянии (Fе2+). Релиз гема результаты в железо окисляясь до трехвалентного состояния (Fе3+). Электронов, освобожденных в этом окисление железа способствуют образованию реактивных кислородных интермедиатов(Рентабельность инвестиций), такие как супероксид-анион радикалов и перекиси водорода. ROI может вызвать повреждение клеток. Супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза являются клеточные ферменты, функция предотвращения окислительного стресса, детоксикации супероксида и пероксида водорода, соответственно. Оба эти мероприятия находятся в пищевой вакуоли и могли быть получены от хоста при приеме внутрь в цитоплазме эритроцитов. (См. также Плазмодия Биохимия—окислительно-восстановительного метаболизма.) Перекись водорода также могут быть экспортированы в цитоплазме паразита, где обезвреживаются каталазы и глутатионпероксидазы. Некоторые из перекиси водорода, произведенной в результате 2+®Фе3+конвертация может быть также использован для пероксидазное деградации гема.

Краткий обзор деятельности и функций пищевой Вакуоли

fv

Ссылки

  • Банерджи Р, Лю Дж, Битти Вт, Pelosofбыл Л, Klemba м, и де Голдберг (2002) четыре plasmepsins активны в малярийного Плазмодия пищевой вакуоли, включая протеазы с активным территории гистидина. Для электромеханических докл акад наук США 99, 990-995.
  • Кудряш ГП, О’Донована см, Макнелли Дж, Маллалли’м, ч О’Хара, Трой в отель O’callaghan СА, и Далтон, Джей пи (1994) Aminopeptidases отмалярийного Плазмодия, Плазмодии chabaudi chabaudi и малярии plasmodium berghei. Ж. Эук. Микробиологический. 41, 119-123.
  • Далал, Ы и Klemba М (2007) роли для двух aminopeptidases в вакуольная катаболизма гемоглобина в малярийного Плазмодия. Дж Биол Хим 282, 35978-35987.
  • Иган ТДЖ (2008) Haemozoin образования. Моль Биохим Parasitol 157, 127-136.
  • Eggleson КК, кл Даффина, и Голдберг, де (1999) Идентификация и характеристика falcilysin, в metallopeptidase была вовлечена в катаболизм гемоглобина в пределах малярийного паразита plasmodium фальципарум. Дж Биол Хим 274, 32411-32417.
  • Флоран я, Derhy Зи, Allary М, Monsigny М, Р Майер, и Schrével Дж (1998) в малярийного Плазмодия Гена аминопептидазы, принадлежащие М1 семейство цинк-metallopeptidases выражается в эритроцитарных стадий. Моль Биохим Parasitol 97, 149-160.
  • Гинзбург ч, прихода СА, и рев ПГ (1999) интегрированная модель действий хлорохин. Parasitol. Сегодня 15, 357.
  • Голдберг де (2005) распаде гемоглобина. Ворка Сверху Микробиологический И Ряде Других 295, 275-291.
  • Голдберг деКровельщик АФГ, Бивис РК, Chait Б, В Cerami, и Хендерсон ГБ (1991) распаде гемоглобина в человеческом возбудителя малярииPlasmodium фальципарум: в catablolic путь инициирован конкретный аспарагиновой протеазы. Дж Эксп Мед 173, 961-969.
  • Hempelmann Е (2007) гемозоин [малярийный пигмент] biocrystallization в малярийного Плазмодия и противомалярийное действие ингибиторов кристаллизации. Parasitol Res На 100, 671-676.
  • Джани Д’, Nagarkatti Р, Битти Вт, Ангел Р, Slebodnick З., Андерсен Дж., Кумар С, Д Rathore (2008) ПНД—роман гема детоксикации из белков малярийного паразита. Журнале plos Патогенов 4(4) e1000053.
  • Klemba М, Глузман я и Голдберг де (2004) в малярийного Плазмодия dipeptidyl аминопептидазы я вакуольная участвует в распаде гемоглобина.Дж Биол Хим 279, 43,000-43,007.
  • Kolakovich ка, Глузман И., Даффина кл, и Голдберг де (1997) поколение пептидов гемоглобина в кислой пищеварительной вакуоли изPlasmodium фальципарум подразумевает пептид транспорта в продукции аминокислоты. Моль Биохим Parasitol 87, 123-135.
  • Мартин вновь, Маркетти РВ, Коуэн Ай, Howett см, брата с, Кирк к (2009) Хлорохин транспорта через малярийного паразита к хлорохину транспортера. Наука 325, 1680-1682.
  • Pagola ы, Стивенс ПМ, боле ДС, Косар объявление, и Мэдсен СК (2000) структура малярии пигмента б-haematin. Природа 404, 307-310.
  • Рорбах Р, Санчес Ср, Hayton ч, Фридрих О’, Пател Дж, Сидхами АБС, Ferdig МТ, Fidock да, Ланзер М (2006) генетическая связь pfmdr1 с едой вакуольная растворенного вещества импорта в малярийного Плазмодия. ЕМВО J В 25, 3000-3011.
  • Розенталь ПИДЖЕЙ, McKerrow ДХ, Айкава М, Нагасава ч, и пиявка д. Х. (1988) от малярийной цистеин протеиназы является необходимым для деградации гемоглобина по Plasmodium фальципарум. Джей Лаб Инвест 82, 1560-1566.
  • Shenai БР, Sijwali ПС, Сингх, и Розенталь ПДЖ (2000) Характеристика нативного и рекомбинантного falcipain-2, основным trophzoite цистеин протеазы и эфирные hemoglobinase от малярийного Плазмодия. Дж Биол Хим 275, 29000-29010.
  • Sijwali ПС, Shenai БР, гут J, Сингх, и Розенталь пи-Джей (2001) экспрессия и характеристика малярийного Плазмодия haemoglobinase falcipain-3. Биохим. Джей 360, 481-489.
  • Волкман СК, Ковбоем АФ, и Вирт ДФ (1995) функциональной комплементации из ste6 Гена Дрожжей saccharomyces cerevisiae, полученных с pfmdr1 Гена Plasmodium фальципарум. Для электромеханических докл акад наук США 92, 8921-8925.
  • Вундерлих Дж, Рорбах Р, И Далтон ЯПО (2012) малярии пищеварительной вакуоли. Границ в биологических науках С4, 1424-1428.

Индекс ссылок

Ссылка на оригинал статьи: http://www.tulane.edu/~wiser/malaria/fv.html

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>