Plazmodium biokimyosi

Source: http://www.tulane.edu/~wiser/malaria/fv.html

Mark F. Wiser

Kirish

U barcha organizmlar kabi, atrof-muhit dan ozuqa sotib kerak va boshqa molekulalar yoki energiya (ya’ni, to bu oziq moddalar aylantirish, parazit bezgak katabolizma). Bu boshqa molekulalar va energiya keyin parazit homeostazı saqlab qolish uchun ishlatiladi, va parazit (ya’ni, o’sish va ko’payish bilan qilingan anabolizm). Har ikki anabolik va katabolik jarayonlar katalizatori etiladi fermentlar. Qamrab va qayta organizmlar uyali tuzilishi va funktsiyasi xizmat ko’rsatish uchun makromoleküllerin va boshqa biochemicals yuqori darajasini talab qiladi. Bezgak parazit xost bu Biyokimyasallar va prekursorlarni sotib olish kerak. [Shuningdek qarang: Qisqacha nazar Plasmodium Biokimyo.]

Parazitning noyob hayot aylanishi va paydo bo’lgan mikroorganizmlari inson konakçıdan farq qiluvchi metabolik yo’llarning evolyutsiyasiga olib keldi. Terapevtik strategiyalarni ishlab chiqishda ushbu noyob yo’llarni va fermentlarni ekspluatatsiya qilish mumkin. Misol uchun, ko’p anti-malarials ta’sir ma’lum oziq-ovqat, vakuola mezbon hemoblobin, uy egasi hazm uchun alohida organelinin hisoblanadi.

Mundarija:

Gemoglobin statistikasi
  • umumiy eritrotsitlar oqsil 95% Hb emas
  • Hb hujayra ichidagi kontsentratsiyasi 5 mm (> 300 mg/ml)
  • Hb 60-80% tekinxo’r orqali bozunur
  • 20% parazitemi da, Hb 110 g 48 soat davomida iste’mol qilingan

Gemoglobinning degradatsiyasi va oziq-ovqat vakuoli

Bezgak parazit uning oqsil sintezi uchun aminokislotalar talab qiladi. Aminokislotalar uch manbalari: de novo sintez, mezbon plazmadan import va mezbon hazm gemoglobinning. (Shuningdek qarang Plasmodium Biokimyo-oqsillar va aminokislotalar.) Gemoglobin eritrotsitlar sitoplazmada juda ko’p oqsil va parazit (uchun asosiy aminokislotalar manbai bo’lib xizmat qiladi Quti). Gemoglobin oziq-ovqat, vakuola deb nomlanuvchi bir vacuolar ichidagi peptid va aminokislotalar bo’linadi. [Qarang Wunderlich va do’stlari (2012) vakuola bilan bog’liq oziq-ovqat, vakuola va faoliyati keng qamrovli ko’rib chiqish uchun.]

Xost sitoplazmasining yutilishi

Ingestion of Host Cytoplasm

Erta halqa bosqichda, parazit tomonidan xost hujayra stroma egallaydi  pinositoz (rasm, huquqi; daqiqada sahifaga = parazit qayd plazma membranasini) ikki parda vesiküller natijasida. Mos keladigan ichki membrana, PVM tez, yo’qoladi va gemoglobin hazm erta trophozoite bosqichida bu kichik vesiküller doirasida bo’lib o’tadi. Parazit ulg’aygach, u deb nomlangan maxsus organelinin, rivojlanadi cytostomemezbon sitoplazma va kichik pigment bo’lgan veziküller olimining uchun, katta oziq-ovqat, vakuola hosil qilish uchun sug’urta. (Gametotsitlar katta oziq-ovqat vakuolini shakllantirmaydi va ularning sitoplazmasida topilgan kichik pigmentli vazikullar bilan ajralib turadi). Ikki membranali vesikullar sitostomaning bazasidan ushlanib, oziq-ovqat vakuol bilan sug’urta qilishadi. Ichki membrana (aslida PVM) lyse qilinadi va gemoglobin oziq-ovqat vakuoliga chiqariladi.

Proteaz va oziq-ovqat vakuoli

Oziq-ovqat, vakuola o’z ichiga olgan bir kislotali bo’lmasi (pH 5.0-5.4) bo’ladi  protease  faoliyatini. Shu munosabat bilan oziq-ovqat, vakuola bir o’xshaydi lizosomalarning boshqa kislotasi hidrolazları tashqari, (masalan, glikosidazlar va nucleases) belgilab olinmagan. Taxminlarga boshqa kislotasi hidrolazları eritrositlar mikroçevrede, deyarli faqat oqsil, chunki zarur va xususan, gemoglobin (emas Quti). Oziq-ovqat, vakuola kislotali pH bir tomonidan muhofaza qilinadi H+-ko’chirish ATPazların va H+ o’simliklarda topilgan V-turi Transportchi homolog, har ikkisi ham ko’chirish Pirofosfataz. Shunday qilib, oziq-ovqat, vakuola, ehtimol, o’simliklar va boshqa sodda hayvonlar topilgan tonoplast homolog.

Oziq-ovqat, vakuola proteazlar
Ism Sinf
plasmepsins aspartik (kislota)
falcipains tizim (tiyol)
falcilysin metall

Bir necha turli protease faoliyati,  proteazlar to’rt asosiy sinflari uch vakili, oziq-ovqat, vakuola (jadval) ham aniqlandi. Agar bir nechta plasmepsins va falcipains belgilab berilgan. Gemoglobin hazm ehtimol turli proteazların (izchil chora jalb bir yarim-buyurdi jarayonida tomonidan sodir Goldberg, 2005). Bir necha plasmespsin genlar genomu belgilangan qilingan P. falciparum va bu to’rt oziq-ovqat, vakuola faoliyat uchun apprear (Banerjee, 2002). Plasmepsin-1 va plasmepsin-2 Eng yaxshi ifodalanadi va har ikki alfa-Globe zanjirlar ustida pozitsiya 33 va 34 da joylashgan fenilalanin va lösin qoldiqlari o’rtasida Denatüre bo’lmagan gemoglobin yopishib qodir bo’ladi. Bu dog’lar gemoglobin umumiy tuzilishi barqarorlashtirishda muhim bo’lishi ishoniladi moshig’ida viloyati, deb nomlanuvchi, saqlanib, bir domen joylashgan. Ushbu sayt da masofa taxminan globe pastki ajratilgan va qisman yozmoq uchun sabab bo’ladi. Bu Globe doirasida qo’shimcha proteaz saytlarni fosh etadi yuzaga kelayotgan  polipeptid  zanjirlar. Shuningdek plasmepsin-1 va plasmepsin-2 Boshqa plasmepsins, va falcipains keyin yanada bu katta globe parchalarini tushirmoq qodir. Bu taklif qilingan, deb falcipain-2 (Shenai, 2000), va, ehtimol, falcipain-3 (Sijwali, 2001), ham ona gemoglobin hazm qila oladigan va shu sababli ham gemoglobin dastlabki bo’linish ishtirok etishi mumkin.

Falcilysin falcipain va plasmepsin harakati bilan hosil ona gemoglobin yoki denatüre globe, lekin (20 aminokislotalar gacha) tez mahkam tutsa, kichik polipeptid parchalar ham hazm qila olmaydi. Falcilysin sayti xususiyat plasmepsins va falcipains to’ldiradi va shakllanishiga olib keladi  peptid uzunligi 6-8 aminokislotalar. Shuning uchun, gemoglobin hazm (Shakl, kichik peptidler uchun keyingi degradatsiyasi ortidan katta qismi dastlabki emirilishiga jalb bir yarim-buyurdi jarayon Wunderlich boshq, 2012). Gemoglobin hazm qilishning tavsiya etilgan yo’ldagi plazmepsin-1 (va ehtimol falpsin-2) tomonidan dastlabki parchalanish kuzatiladi, undan keyin bir nechta plazmepsinlar va falcipinlarning birlashtirilishi mumkin. Bu oshqozonlarning hosil bo’ladigan peptid parchalari keyinchalik falcilsin tomonidan kichik peptidlarga singib ketadi.

Food Vacuole Proteases

Dastlab hech oziq-ovqat, vakuola bog’liq  exopeptidase faoliyati oziq-ovqat, vakuola (doirasida belgilangan bo’lishi mumkin Kolakovich 1997). Biroq, ikki amino peptidazlar (ATR) keyinchalik oziq-ovqat, vakuola (topilgan Dalal va Klemba, 2007 aminokislotalar ichiga peptitlerini aylantirish mumkin). Bundan tashqari, bir dipeptidil aminopeptidase (DPAP) faoliyati oziq-ovqat, vakuola (doirasida belgilab berilgan Kemba 2004). Bu DPAP oziq-ovqat, vakuola turli endopeptidases harakatlari orqali hosil peptid N-termini Dipeptitler olib tashlash mumkin, deb taklif kiritgan va undan keyin amino peptidazlar kislotalari amino o’zgartiradi. Neytral amino peptidaz  faoliyati bir necha sitoplazmasida aniqlangan qilindi Plasmodium turlari (Curley 1994Floran 1998).

Olti amino kislotalar, tashuvchilar yilda belgilab berilgan Plasmodium genomunun. Biroq, joylari ma’lum emas. Pfmdr-1 oziq-ovqat, vakuola membrana uchun mahalliylashtirilgan va bir a’zosi hisoblanadi qilingan ATP-majburiy kassetali (ABC) tashuvchi super. Ba’zi ABC tashuvchilar membranalari orqali polipeptid o’rnini uchun faoliyat. Misol uchun, STE6 gen bir-turi urchitish omil (12-amino kislotalar peptid) tashish. Pfmdr-1 to’ldiradi mumkin STE6 genini (1995 volkman u tekinxo’r sitoplazma ichiga kichik peptitlerini urishi faoliyat mumkin, deb ko’rsatgan). Biroq, yana so’nggi ma’lumotlar shuni ko’rsatadiki, Pfmdr-1 ehtimol vazifalari, oziq-ovqat, vakuola ichiga dori, jumladan, moddalar eriydi, (import qilish 2006 Rohrbach).

Oziq-ovqat, vakuola qavatida bildirdi yana tashuvchi hisoblanadi Pf CRT (klorokin qarshilik transproter). Pf CRT dastlab klorokin qarshilik bilan bog’liq deb genetik aloqa tadqiqotlar belgilangan edi. Pf CRT ahlidan bo’lgan dori/metaboliti avtotashuvchilarning (DMT) a’zosi hisoblanadi va oziq-ovqat, vakuola dan chloroquin va boshqa dorilar eksport mumkin. Peptidlar orqali dori eksport blokirovka qodir Pf CRT shunday deb shama, Pf CRT parazit sitoplazma, oziq-ovqat, vakuola dan peptid (translokasyonu faoliyat mumkin 2009 Martin). Qo’shimcha tadqiqotlar shuni ko’rsatadiki, Pf CRT bir proton bo’ladi (H+) (substratlar keng ko’lamli tashiy polyspecific ozuqa eksportchi-birlashtirildi 2015 juge).

Xulosa sifatida, gemoglobinni butunlay hazm qilish uchun ehtimol stsenariy kichik peptidlar ishlab chiqarishga olib keladigan plazmepsinlar, falcipin va falcilysinning kelishilgan harakatlaridan iborat. Kichik peptidlar keyinchalik aminokislotalarga aylantirilib, keyinchalik aminokislotalarga yoki dipeptidlarga aylanadi. Kichik peptidlar, dipeptidlar va aminokislotalar elektrokimyoviy protonli gradient yordamida PfCRT orqali parazit sitoplazmasiga aylanadi. Peptidlar va di-peptidlar ko’pgina amino peptidazlar bilan sitoplazmada aminokislotalarga aylanadi.

Heme va ROI ning detoxification

Gemoglobin oshqozon ham relizlar darhol. Bepul darhol tufayli izdan qobiliyati va lyse pardalarida, shuningdek, bir necha fermentlar faoliyatini oldini olish uchun zaharli hisoblanadi. Uch, va, ehtimol, to’rt, darhol detoksifike qaysi tomonidan mexanizmlar belgilab berilgan:

  • ichiga bepul Bas, ning sekvestrlash  hemozoin yoki bezgak pigmenti;
  • oziq-ovqat, vakuola ichida vodorod peroksid bilan xizmat bir degradatsiyasi;
  • parazit ning sitoplazmada uchraydi bir glutatyon bog’liq buzilishi;
  • va, ehtimol, topilgan bir darhol oxygenase P. berghei (kemiruvchi parazit) va P. knowlesi (maymun parazit) emas, balki P. falciparum.

Hemozoin shakllantirish so’qmoq va degradative yo’llar ehtimol bepul Bas, ning 25-50% bilan bir vaqtda faoliyat ikkalasi hemozoin aylanadi qilinmoqda va qolgan (buzilgan Ginzburg 1999). Biroq, ba’zi bir tadqiqotlar gemoglobin hazm davomida ozod bepul temir qadar 95% hemozoin yilda (topilgan, deb taklif Egan 2008). X-ray kristallografiya va spektroskopik tahlil hemozoin bir xil tuzilishga ega ekanligini ko’rsatadi β-hematin (Pagola 2000). β-hematin bir darhol dimer carboxylic protoporphyrin-IX halqa ustiga kislota guruhlari va ikki darhol molekulalar (rasm temir atomlari orasidagi o’zaro kovalent bog’lari orqali hosil bo’ladi  ko’rish, shuningdek, katta rasmlari). Bu hafifleticileri hemozoin ning kristallari hosil qilish, vodorod bog’lari orqali muloqotda. Shuning uchun, pigment shakllantirish yaxshi bir biocrystallization jarayoni (sifatida tasvirlanadi Hempelmann 2007Egan 2008).

Hemazoin shakllantirish mexanizmi ma’lum emas, lekin hemozoin barpo katalize mumkin protein (bayon qilingan Janie 2008). Bu darhol detoksikatsiya protein (HDP) yuqori affinnli Bas, ikki molekulalar bilan bog’laydi va shakllanishini rag’batlantirish mumkin  β-hematin dimer. Dimer reliz va kristallanish jarayoni (urug ‘mumkinNakatani 2014). Lipidlar ham oziq-ovqat, vakuola ichida kuzatilgan va hemozoin lipidlar (bilan bog’liq, deb lipid organlarida jarayonida ishtirok etishi mumkin 2008 Egan).

Heme va hemozoyning tarkibi
Heme beta-Heme hemozoin
Heme b-hematin Hemozoyin
Afsona. Bas, (Chap) Kimyoviy tuzilishi. (Markazi) bali va tayoq model β-hematin. Safsar ko’rsatilgan kislorod va temir o’rtasidagi o’zaro obligatsiyalar. Taklif hemozoin tuzilishi (o’ng) Kosmik to’ldirish model (dan tahrirlangan Pagola 2000). Yagona  β-hematin birligi sariq bayon etilgan. Ranglar barcha 3 raqamlarda bir xil bo’ladi. Shuningdek qarang katta raqamlarni.

Erkin gemaning bir qismi toksik bo’lmagan metabolitlarga aylanishi mumkin. Uchta potentsial jarayon tasvirlangan: oziq-ovqat vakuolida porfirin halqasining vodorod periksiti vositachiligini oksidlash uning ochilishiga va keyinchalik parchalanishiga olib keladi; ba’zi bir heme oziq-ovqat vakuolli membranani pastki glutation (GSH) bilan oksitlanadigan konakçı sitoplazmasına translokasyonlar; ba’zi bir inson bo’lmagan bezgak parazitlarida gem oksigenaz faoliyati aniqlandi. Biroq, bu jarayonlarning heme degradatsiyasida o’ynashi ma’lum emas.

Klorokin va boshqa 4-aminoquinolines pigment shakllanishiga, shuningdek darhol degradative jarayonlari to’sqinlik qilmoq (1999 Ginzburg), va shunday qilib Bas, detoksifikasyonudur oldini oladi. Bepul darhol oziq-ovqat vacuolar membranasini va boshqa pardalarni barqarorligini izdan chiqarishi va parazit o’limga olib keladi. [To’g’risida batafsil muhokama qarang Klorokin harakatlari.] Gemning biokristalizatsiyasi parazit uchun noyob jarayon bo’lib, ularda dori qarshiligi bo’lmasa bunday dori-darmonlarning yuqori terapevtik ko’rsatkichlari hisobga olinadi. Ko’p boshqa anti-malyariya bu organelle va uning turli xil funktsiyalarini (qisqacha shakl) parazitning omon qolishiga qaratgan oziq-ovqat vakuolini maqsad qiladi.

Gemoglobin bilan bog’liq temir, birinchi navbatda, rangli davlat (Fe2+). Temirga darhol natijalari relizlar temir davlat (Fe3+). Temir, bu Oksidlanish orqali ozod elektronlar shakllanishiga xizmat  reaktiv kislorod qidiruv bunday süperoksit anyon radikallar va vodorod peroksid kabi (Roy). Investitsiya tufayli uyali zarar olib kelishi mumkin. Superoksidismutazalar (SOD) va katalaz, navbati bilan, süperoksit va vodorod peroksid dezintoksikatsiya tomonidan oksidatif siqilish oldini olish uchun faoliyat uyali fermentlarni bo’ladi. Bu faoliyat ikkalasi oziq-ovqat, vakuola topilgan va eritrositlar sitoplazmada sindirilmesinden davomida uy egasi olingan bo’lishi mumkin. (Shuningdek qarang Plasmodium Biokimyo-redoks metabolizm.) Vodorod peroksid ham bu katalaza va glutatyon peroksidaz tomonidan detoksifike bo’lgan parazit sitoplazma ichiga eksport mumkin. Natijasida ishlab chiqarilgan vodorod peroksid Ba’zi Fe2+®Fe3+ konvertatsiya ham Bas, bir peroxidative degradatsiyasi uchun ishlatiladi mumkin.

Oziq-ovqat vakuolining amal va funktsiyalarining qisqacha tavsifi

The Food Vacuole

Manbalar

  • Banerjee R, Liu J, Beatty W, Pelosof L, Klemba M, and Goldberg DE (2002) Four plasmepsins are active in the Plasmodium falciparum food vacuole, including a protease with an active-site histidine. Proc Natl Acad Sci USA 99, 990-995.
  • Curley GP, O’Donovan SM, McNally J, Mullally M, O’Hara H, Troy A, O’Callaghan SA, and Dalton, JP (1994) Aminopeptidases from Plasmodium falciparumPlasmodium chabaudi chabaudi and Plasmodium berghei. J. Euk. Microbiol. 41, 119-123.
  • Dalal, S and Klemba M (2007) Roles for two aminopeptidases in vacuolar hemoglobin catabolism in Plasmodium falciparumJ Biol Chem 282, 35978-35987.
  • Egan TJ (2008) Haemozoin formation. Mol Biochem Parasitol 157, 127-136.
  • Eggleson KK, Duffin KL, and Goldberg, DE (1999) Identification and characterization of falcilysin, a metallopeptidase invovled in hemoglobin catabolism within the malaria parasite Plasmodium falciparumJ Biol Chem 274, 32411-32417.
  • Florent I, Derhy Z, Allary M, Monsigny M, Mayer R, and Schrével J (1998) A Plasmodium falciparum aminopeptidase gene belonging to the M1 family of zinc-metallopeptidases is expressed in erythrocytic stages. Mol Biochem Parasitol 97, 149-160.
  • Ginsburg H, Ward SA, and Bray PG (1999) An integrated model of chloroquine action. Parasitol. Today 15, 357.
  • Goldberg DE (2005) Hemoglobin degradation. Curr Top Microbiol Immunol 295, 275-291.
  • Goldberg DE, Slater AFG, Beavis RC, Chait B, Cerami A, and Henderson GB (1991) Hemoglobin degradation in the human malaria pathogen Plasmodium falciparum: a catablolic pathway initiated by a specific aspartic protease. J Exp Med 173, 961-969.
  • Hempelmann E (2007) Hemozoin biocrystallization in Plasmodium falciparum and the antimalarial activity of crystallization inhibitors. Parasitol Res 100, 671-676.
  • Jani D, Nagarkatti R, Beatty W, Angel R, Slebodnick C, Andersen J, Kumar S, Rathore D (2008) HDP—A novel heme detoxification protein from the malaria parasite. PLos Pathogens 4(4) e1000053.
  • Juge N, Moriyama S, Miyaji T, Kawakami M, Iwai H, Fukui T, Nelson N, Omote H, Moriyama Y (2015) Plasmodium falciparum chloroquine resistance transporter is a H+-coupled polyspecific nutrent and drug exporter. Proc Natl Acad Sci USA 112, 3356-3361.
  • Klemba M, Gluzman I and Goldberg DE (2004) A Plasmodium falciparum dipeptidyl aminopeptidase I participates in vacuolar hemoglobin degradation. J Biol Chem 279, 43,000-43,007.
  • Kolakovich KA, Gluzman IY, Duffin KL, and Goldberg DE (1997) Generation of hemoglobin peptides in the acidic digestive vacuole of Plasmodium falciparum implicates peptide transport in amino acid production. Mol Biochem Parasitol 87, 123-135.
  • Martin RE, Marchetti RV, Cowan AI, Howett SM, Broer S, Kirk K (2009) Chloroquine transport via the malaria parasite’s chloroquine resistance transporter. Science 325, 1680-1682.
  • Nakatani K, Ishikawa H, Aono S, Mizutani Y (2014) Identification of Essential Histidine Residues Involved in Heme Binding and Hemozoin Formation in Heme Detoxification Protein from Plasmodium falciparumScientific Reports 4, 6137..
  • Pagola S, Stephens PW, Bohle DS, Kosar AD, and Madsen SK (2000) The structure of malaria pigment b-haematin. Nature 404, 307-310.
  • Rohrbach P, Sanchez CP, Hayton H, Friedrich O, Patel J, Sidhu ABS, Ferdig MT, Fidock DA, Lanzer M (2006) Genetic linkage of pfmdr1 with food vacuolar solute import in Plasmodium falciparumEMBO J 25, 3000-3011.
  • Rosenthal PJ, McKerrow JH, Aikawa M, Nagasawa H, and Leech JH (1988) A malarial cysteine proteinase is necessary for hemoglobin degradation by Plasmodium falciparum. J Clin Invest 82, 1560-1566.
  • Shenai BR, Sijwali PS, Singh A, and Rosenthal PJ (2000) Characterization of native and recombinant falcipain-2, a principal trophzoite cysteine protease and essential hemoglobinase of Plasmodium falciparumJ Biol Chem 275, 29000-29010.
  • Sijwali PS, Shenai BR, Gut J, Singh A, and Rosenthal PJ (2001) Expression and characterization of the Plasmodium falciparum haemoglobinase falcipain-3. Biochem. J. 360, 481-489.
  • Volkman SK, Cowman AF, and Wirth DF (1995) Functional complementation of the ste6 gene of Saccharomyces cerevisiae with the pfmdr1 gene of Plasmodium falciparum. Proc Natl Acad Sci USA 92, 8921-8925.
  • Wunderlich J, Rohrbach P, and Dalton JP (2012) The malaria digestive vacuole. Frontiers in Bioscience S4, 1424-1428.

Linklar indeksi


Ushbu sahifalar Mark F. Wiser, Tulane universiteti (©1999) tomonidan ishlab chiqilgan va davom ettiriladi. Oxirgi yangilanish: May 19, 2017.