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Nutrición y Metabolismo
Energético en Helmintos
Parásitos
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 Trematodes
A) 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
Krebs
Glucosa - Piruvato (citosol)
– ACoA (mitocondria)Krebs
ATP producido por cadena
respiratoria y fosforilación
oxidativa
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
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 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
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 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
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
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 proteínquinasa 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
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 αproteobacteria
• 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