Nutrición y Metabolismo Nutrición y Metabolismo Energético en Helmintos Energético en Helmintos

ParásitosParásitos

Platelmintos

Clases

• Turbelaria – Vida libre• Aspidogastrea – Endoparásitos

moluscos• Monogenea – Ectoparásitos de

peces• Digenea – Parásitos con ciclos

complejos• Cestoda- Endoparásitos

Información restringida

• Tremadodes: Schistosoma mansoni y Fasciola hepatica

• Cestodes: Hymelonepis diminuta

Estadíos de vida libre vs parásitos

• Estadíos de vida libre– Huevo, miracidio, cercaria,

metacercaria– No se multiplican– Capacidad biosintética limitada o

inexistente– Acuáticos, sólo necesitan O2 del

ambiente– Dependen de reservas energéticas

para encontrar hospedero

Estadíos de vida libre vs parásitos

• Estadíos parasitarios– Nutrientes abundantes– Reproducción– Evitar ser eliminados por el sistema

inmune del huésped

Nutrición – Estadíos de vida libre

• Reservas limitadas de glucógeno• Buscan huésped (miracidio, cercaria)

o entran en estado latente (huevo, metacercaria)

• Fh: huevos maduran en el exterior, tienen células de vitelo

• Sm: huevos maduran en el huéped, sin vitelo– Cubierta porosa: ingresan glucosa y aa,

excretan proteínas

Nutrición – Estadíos parasitarios

• Monogenea: sólo por tracto alimentario, primero digiere y luego absorbe

• Digenea: 2 superficies: tegumento y epitelio intestinal, contribución desconocida

• Cestoda: Tegumento, sin tracto alimentario, todos parásitos

Intestino de TrematodesA) Schistosoma: sincitial

B) Fasciola: celular

Intestino de Trematodes• Hematófagos: sangre fuente de

nutrientes• Enzimas proteolíticas

– Cisteína proteasas: Catepsinas L y B– Aspartil proteasas– Serina proteasas– Roles en invasión y evasión de

respuesta inmune

Digestión de la Hb en Schistosoma

Tegumento de Trematodes

• Rol absortivo favorecido por canales, pits, invaginaciones

• Transportadores de glucosa y peptidasas

• Absorción de colesterol y otros lípidos

• Receptor de LDL humana: evasión

Transportadores de glucosa en el tegumento de

Schistosoma

SGTP 1 y 4

SGTP 4

Metabolismo Energético• Completamente dependientes de hidratos de carbono

• Adultos: escasa disponibilidad de O2, por tanto tienen metabolismo fermentativo– Glúcidos: reducción y oxidación – Lípidos: no se usan en la producción de ATP

• Vida Libre: Metabolismo aerobio– Podrían utilizar lípidos para producir ATP (no demostrado)

• Reservas de glucógeno: tanto en parásitos como en vida libre

• Aminoácidos: contribución no significativa al metabolismo energético.

Vías de degradación aeróbica y anaeróbica en platelmintos

Estadíos de vida libre

Degradan reservas endógenas a CO2 vía glicólisis clásica y ciclo de KrebsGlucosa - Piruvato (citosol) – ACoA (mitocondria)- KrebsATP producido por cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Estadíos parásitosNinguno degrada glúcidos completamente a CO2No usan O2 como aceptor finalDegradación de substratos debe estar en balance redox: el número de reacciones productoras de NADH debe ser igual al de consumidoras de NADH2 vías para mantener balance redox: 1) glicólisis anaeróbica

2) dismutación del malato

Glicólisis anaeróbica• Algunos platelmintos adultos

fermentan sus substratos glucídicos a lactato, adaptación clásica del metabolismo sin O2

• 2 ATP por molécula de glucosa degradada

• Vía de Embden-Meyerhof

• Schistosoma spp., Clonorchis sinensis, Echinococcus granulosus, Taenia spp. excretan grandes cantidades de lactato

Dismutación del malatoUsado por la mayoría de los platelmintos

Glúcidos son degradados a PEP que es carboxilado a oxalacetato por la PEPCK y luego reducido a malato que ingresa a la mitocondria

Una porción del malato es oxidado a acetato y otra porción reducido a succinato y eventualmente a propionato

Dismutación del malato vía oxidativa

Enzima málica oxida el malato a piruvato que es oxidado a A-CoA por la piruvato deshidrogenasa un complejo enzimático adaptado a la anaerobiosis en Ascaris suum y posiblemente trematodos como F. hepatica y Dipylidium caninum

F. hepatica usa una acetato:succinato CoA transferasa (ASCT) para producir acetatoEl ATP se forma cuando Succ CoA se recicla a succinato por la succinil CoA sintetasa (SCS)La reducción del NADH se compensa con la reducción de otra porción de malato a succinato

Dismutación del malato vía reductora

Malato a succinato por dos reacciones que revierten parte del ciclo de KrebsFasciola: succinato es metabolizado a propionato por vía reversa a la formación de succ CoA desde propionato en mamíferosDescarbolixación del succinato a propionato se acompaña de fosforilación de ADPBalance redox se mantiene cuando se produce tanto pripionato como acetatoFUM a SUCC se acopla a fosforilación de ADP ligada a transporte de e- en el sitio I de la cadena respiratoriaGlucosa a Propionato= 5 mol ATP

Aspectos inusuales de la glicólisis

Búsqueda de blancos terapéuticosHexoquinasa: reguladora, crítica. Sm sólo una isoforma, homología con HK de mamíferos, rol en transición energética durante el cicloPFK: principal enzima reguladora. Estudiada en Fh, similar a huésped. Activada por fosforilación con proteín-quinasa dependiente de cAMP. F1,6Bi Pasa: reciclado del sustrato en Fh, consume ATP pero permite regular flujo glicolítico neto en forma más eficientePK: Fh similar a hepática, inhibida por ATP, cinética cooperativa con PEP

Blocking Fasciola hepatica’s energy metabolism – a pilot study of vaccine potential of a novel gene – phosphoglycerate kinase

PGK: cataliza reacción de 1,3 DPG a 3, PG con producción de ATP

Aspectos inusuales de la glicólisis:

PEPCK• Crítica en producción citosólica de malato

• Sin rol anabólico en neoglucogénesis de mamíferos

• Fh: aumenta importancia de PEPCK en el cambio a metabolismo anaerobio a PK disminuyendo PK/PEPCK

Aspectos inusuales del metabolismo mitocondrial

• Por dismutación del malato los distintos organismos producen variados metabolitos finales pero tienen vías mitocondriales muy similares

• Operan una porción del ciclo de Krebs (OXA a SUCC) y en algunos casos β-oxidación en dirección opuesta a los organismos aeróbicos

• Diferencias con mitocondrias aeróbicas:– i) la enzima que cataliza la conversión de fumarato a

succinato– ii) la quinona que conecta esta transferencia de e- al

complejo enzimático en la cadena de transporte de e- – Iii) la presencia de la Acetato-Succinato CoA-

Transferasa (ASCT) que convierte acetil-CoA en acetato

Succinato deshidrogenasa vs fumarato reductasa

• Estadios de vida libre: e- se transfieren del NADH y succinato a la ubiquinona vía complejos I y II de la CR respectivamente. Luego los e- se transfieren del ubiquinol al O2 vía los complejos III y IV de la CR.

• Estadios parásitos: hay una transición de la oxidación del succinato por la SDH en el Krebs de juveniles a la reacción reversa: reducción de fumarato a succinato en el adulto. Las bacterias tienen 2 complejos distintos, lo mismo que los nematodos A. suum y H. contortus pero falta evidencia en trematodos y cestodos.

Ubiquinona versus rodoquinona

• En bacterias se utiliza menaquinona cuando el fumarato es el aceptor final de e-

• En helmintos parásitos se demostró la presencia de rodoquinona sugiriendo que el rodoquinol funciona como donante de e- en la reducción del fumarato

• F. hepatica: la cantidad de rodoquinona durante el ciclo se correlaciona con la importancia de la reducción del fumarato y ubiquinona con el metabolismo aerobio. Ambas se sintetizan de novo por la vía del mevalonato

Origen evolutivo de la mitocondria anaeróbica

• Las mitocondrias evolucionaron por endosimbiosis entre una archabacteria anaeróbica y una α-proteobacteria

• Las mitocondrias anaeróbicas no se habrían originado desde una mitocondria ancestral pluripotencial sino después a partir de la mitocondria de tipo aeróbico luego que ésta perdiera sus capacidades anaeróbicas:– FRDs están claramente relacionadas a las SDHs de las

mitocondrias aeróbicas clásicas– La rodoquinona y la ubiquinona son benzoquinonas en

comparación con la menaquinona, una naftoquinona– Los platelmintos parásitos evolucionaron desde

gusanos de vida libre con metabolismo aerobio

Transiciones en el metabolismo energético durante el ciclo- Fasciola

• Cambios definitivos: el mismo organismo no volverá a encontrar su ambiente previo,

• ej. NEJ a adulto: de Krebs a fermentativo• Gusanos inmaduros 1 s: Disminuye Krebs • Parénquima y canalicular temprano: acetato

se transforma en el principal producto, necesita O2 para la reoxidación del NADH

• Canalicular tardío: producción de propionato y acetato

• Krebs queda confinado a las zonas externas limitado por la difusión de O2

Transiciones en el metabolismo energético

durante el ciclo- Schistosoma

• Cercarias: metabolismo aeróbico• Adultos: fermentativo a lactato,

aunque persiste Krebs y fosforilación oxidativa

• Cambio se produce por el ingreso a un medio con glucosa captada por SGTP4

• Esporocistos: anaerobios facultativos, succinato via dismutación del malato en situaciones de anaerobiosis.

Capacidades biosintéticas

• Glúcidos: no sintetizados de novo, gluconeogénesis nunca demostrada. CH simples se obtienen del huésped y se utilizan para sintetizar glúcidos complejos

• AA: la mayoría son esenciales pero pueden sintetizar algunos por vías comunes con otros organismos. El esqueleto carbonado de algunos aa deriva de intermediarios de glucólisis o Krebs, y la transaminación provee el grupo NH2 donado por el glutamato

• Producen y excretan grandes cantidades de prolina. Fh usa arginina para producir prolina con enzimas mucho más activas que en mamíferos. Por otro lado la prolina oxidasa está ausente o es muy baja lo que explica los altos niveles de producción.- implicada en hiperplasia de conductos biliares

Metabolismo lipídico- AG• Fosfolípidos, triacilgliceroles y colesterol no

pueden ser sintetizados de novo por los paltelmintos: se obtienen directamente del huésped (colesterol) o se sintetizan desde bloques básicos (ácidos grasos)

• AG no se degradan para obtener ATP• AG del parásito se producen por modificación

de los AG del huésped• Fh: no puede producir insaturados pero puede

usar acetato para elongar la cadena de AG• AG con o sin elongación se incorporan a los

fosfolípidos y triacilgliceroles

Metabolismo lipídico• Fosfatidilcolina (FC) y

fosfatidiletanolamina son los fosfolípidos predominantes en Fh y Sm

• Fh: altos niveles de glicerofosfocolina, producto de degradación de FC indicando alto turnover

• Colesterol: se utiliza en la síntesis de ecdyesteroides

• La vía del mevalonato se utiliza para la sintesis de dolicoles para la glicosilación proteica.

Metabolismo lipídico

Bases Nitrogenadas• No sintetizan purinas de novo: las

obtienen del huésped, pero tienen vías de salvataje

• Las pirimidinas son sintetizadas de novo por todos los platelmintos

• Poliaminas: faltan enzimas de su síntesis, serían obtenidas del huésped

Resumen de diferencias entre estadios de vida libre y

parásitos