Nutrición y Metabolismo Energético en Helmintos Parásitos

1. Nutrición y Metabolismo Energético en Helmintos Parásitos

2. Platelmintos

3. Clases • Turbelaria – Vida libre • Aspidogastrea – Endoparásitos moluscos • Monogenea – Ectoparásitos de peces • Digenea – Parásitos con ciclos complejos • Cestoda- Endoparásitos

4. Información restringida • Tremadodes:Schistosoma mansoni y Fasciola hepatica • Cestodes:Hymelonepis diminuta

5. 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

6. Estadíos de vida libre vs parásitos • Estadíos parasitarios • Nutrientes abundantes • Reproducción • Evitar ser eliminados por el sistema inmune del huésped

7. 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

8. 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

9. Intestino de Trematodes A) Schistosoma: sincitial B) Fasciola: celular

10. 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

11. Digestión de la Hb en Schistosoma

12. 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

13. Transportadores de glucosa en el tegumento de Schistosoma SGTP 1 y 4 SGTP 4

14. 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.

15. Vías de degradación aeróbica y anaeróbica en platelmintos

16. Estadíos de vida libre Degradan reservas endógenas a CO2 vía glicólisis clásica y ciclo de Krebs Glucosa - Piruvato (citosol) – ACoA (mitocondria)- Krebs ATP producido por cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

17. Estadíos parásitos Ninguno degrada glúcidos completamente a CO2 No usan O2 como aceptor final Degradación de substratos debe estar en balance redox: el número de reacciones productoras de NADH debe ser igual al de consumidoras de NADH 2 vías para mantener balance redox: 1) glicólisis anaeróbica 2) dismutación del malato

18. 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

19. Dismutación del malato Usado 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

20. 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 yDipylidium caninum F. hepatica usa una acetato:succinato CoA transferasa (ASCT) para producir acetato El 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

21. Dismutación del malato vía reductora Malato a succinato por dos reacciones que revierten parte del ciclo de Krebs Fasciola: succinato es metabolizado a propionato por vía reversa a la formación de succ CoA desde propionato en mamíferos Descarbolixación del succinato a propionato se acompaña de fosforilación de ADP Balance redox se mantiene cuando se produce tanto pripionato como acetato FUM a SUCC se acopla a fosforilación de ADP ligada a transporte de e- en el sitio I de la cadena respiratoria Glucosa a Propionato= 5 mol ATP

22. Aspectos inusuales de la glicólisis Búsqueda de blancos terapéuticos Hexoquinasa: reguladora, crítica. Sm sólo una isoforma, homología con HK de mamíferos, rol en transición energética durante el ciclo PFK: 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 eficiente PK: Fh similar a hepática, inhibida por ATP, cinética cooperativa con PEP

23. 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

24. 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

25. 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

27. 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.

28. 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

29. 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

30. 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

31. 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.

32. 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

33. 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

34. 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.

35. Metabolismo lipídico

36. 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

37. Resumen de diferencias entre estadios de vida libre y parásitos