Un apicoplasto es un plastidio no fotosintético derivado que se encuentra en la mayoría de Apicomplexa , incluidos Toxoplasma gondii , Plasmodium falciparum y otras Plasmodium spp. (parásitos que causan la malaria), pero no en otros como Cryptosporidium . Se originó a partir de algas (existe un debate sobre si se trataba de un alga verde o roja) a través de una endosimbiosis secundaria . El apicoplasto está rodeado por cuatro membranas dentro de la parte más externa del sistema de endomembranas. [1] El apicoplasto alberga importantes vías metabólicas como la síntesis de ácidos grasos , síntesis de precursores isoprenoides y partes de la vía biosintética del hemo [2]
Significado
Los apicoplastos son un plastidio relicto no fotosintético que se encuentra en la mayoría de los parásitos protozoarios que pertenecen al filo Apicomplexa . [3] [4] Entre los parásitos de Apicomplexan más infames se encuentra Plasmodium falciparum , un agente causante de la malaria grave . Dado que los apicoplastos son vitales para la supervivencia del parásito, proporcionan un objetivo atractivo para los medicamentos antipalúdicos. [5] Específicamente, las propiedades similares a las de las plantas de los apicoplastos proporcionan un objetivo para los medicamentos herbicidas . [4] Y, con la aparición de cepas de malaria resistentes a los tratamientos actuales, es primordial que se exploren y comprendan nuevas terapias, como los herbicidas. [5] Además, los herbicidas pueden apuntar específicamente al apicoplasto vegetal del parásito y sin ningún efecto notable en las células del mamífero huésped.
Origen evolutivo
La evidencia sugiere que el apicoplasto es un producto de la endosimbiosis secundaria , [6] y que el apicoplasto puede ser homólogo al plastidio secundario de las algas dinoflageladas estrechamente relacionadas . Una cianobacteria antigua fue engullida por primera vez por una célula eucariota, pero no fue digerida. La bacteria escapó de ser digerida porque formó una relación simbiótica con la célula eucariota huésped; tanto el eucariota como la bacteria se beneficiaron mutuamente de su nueva existencia compartida. [7] El resultado de la endosimbiosis primaria fue un alga eucariota fotosintética. Un descendiente de esta alga eucariota fue luego engullido por un eucariota heterotrófico con el que formó su propia relación simbiótica y se conservó como plastidio. [8] El apicoplasto evolucionó en su nueva función para preservar solo aquellas funciones y genes necesarios para contribuir de manera beneficiosa a la relación huésped-orgánulo. El genoma ancestral de más de 150 kb se redujo mediante deleciones y reordenamientos a su tamaño actual de 35 kb. [4] Durante la reorganización del plástido, el apicoplasto perdió su capacidad de fotosíntesis. [8] Se supone que estas pérdidas de función se produjeron en una etapa evolutiva temprana con el fin de haber permitido el tiempo suficiente para la degradación completa de las reliquias fotosintéticas conocidas [4] y la desaparición de un nucleomorfo . [8]
Arquitectura y distribución
La mayoría de las Apicomplexa contienen un solo apicoplasto de forma ovoide que se encuentra en la parte anterior de la célula parasitaria invasora. [4] El apicoplasto está situado muy cerca del núcleo de la célula y, a menudo, está estrechamente asociado con una mitocondria. El pequeño plastidio, de sólo 0,15-1,5 μm de diámetro, [4] está rodeado por cuatro membranas. [8] Las dos membranas internas se derivan de las membranas de plastidios de algas; [4] la siguiente membrana que sale se llama membrana periplástido y se deriva de la membrana plasmática de algas; Finalmente, la membrana más externa pertenece al sistema de endomembranas del hospedador. [9] Dentro del estroma del apicoplasto hay una cadena de ADN circular de 35 kb de largo que codifica aproximadamente 30 proteínas, ARNt y algunos ARN . [8] Hay partículas que se sospecha que son ribosomas bacterianos . [5] El plastidio, al menos en la especie Plasmodium , también contiene "espirales tubulares" de membrana que tienen un parecido sorprendente con los tilacoides [4] de sus parientes cloroplasto . [8] La importación de proteínas en el apicoplasto a través de las cuatro membranas se produce a través de complejos de translocación que se originan en el plastidio de algas (por ejemplo: [10] ) o de una duplicación de la degradación de proteínas asociada al retículo endoplásmico (por ejemplo: [ 11] ).
Función
El apicoplasto es un orgánulo vital para la supervivencia del parásito. [4] Se cree que la tetraciclina , un antibiótico que también se usa para combatir las infecciones por malaria , actúa dirigiéndose al apicoplasto. [12] Alberga cuatro vías metabólicas principales:
Síntesis de ácidos grasos
La destrucción del apicoplasto no mata inmediatamente al parásito, sino que evita que invada nuevas células huésped. Esta observación sugiere que el apicoplasto puede estar involucrado en el metabolismo de los lípidos . Si no puede sintetizar suficientes ácidos grasos, el parásito no puede formar la vacuola parasitófora (PV) que es imprescindible para una invasión exitosa de las células huésped. Esta conclusión está respaldada por el descubrimiento de la maquinaria de la sintasa de ácidos grasos de tipo II (FAS) en el apicoplasto. [5]
Síntesis de isoprenoides
También se cree que el apicoplasto tiene un papel en la síntesis de isoprenoides , que son grupos protésicos en muchas enzimas y también actúan como precursores de ubiquinonas (involucradas en el transporte de electrones) y dolicoles (involucrados en la formación de glicoproteínas ). [1] El apicoplasto contiene la vía MEP para la síntesis de precursores isoprenoides y es el único sitio para dicha síntesis en la célula de Plasmodium . [1]
Síntesis de hemo
El apicoplasto también se ha relacionado con la síntesis de hemo [5] y la síntesis de aminoácidos . También se sugiere que tenga un papel en el desarrollo celular. Estas funciones, sin embargo, son meras postulaciones y aún no están respaldadas de manera concluyente por la experimentación. [4]
Síntesis de grupos de hierro-azufre
En el genoma del apicoplasto se han identificado varias enzimas biosintéticas de racimo de hierro-azufre, incluidas SufB u Orf470. [1]
Referencias
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