Войти
Plasmodium falciparum кристаллы гемозоина в поляризованном свете.Гемозоин представляет собой продукт утилизации, образующийся в результате переваривания крови некоторыми питающимися кровью паразитами. Эти гематофаги организмы, такие как малярия паразиты (Plasmodium spp.), Rhodnius и Schistosoma переваривают гемоглобин и высвобождает большое количество свободного гема, который является небелковым компонентом гемоглобина. Гем представляет собой простетическую группу, состоящую из атома железа, содержащегося в центре гетероциклического порфиринового кольца. Свободный гем токсичен для клеток, поэтому паразиты превращают его в нерастворимую кристаллическую форму, называемую гемозоином. У малярийных паразитов гемозоин часто называют малярийным пигментом.
Поскольку образование гемозоина необходимо для выживания этих паразитов, он является привлекательной мишенью для разработки лекарств, и в Plasmodium он широко изучен как способ найти лекарства для лечения малярии (малярийная ахиллесова пята ). Считается, что некоторые используемые в настоящее время противомалярийные препараты, такие как хлорохин и мефлохин, убивают малярийных паразитов, подавляя биокристаллизацию гемозоина .
Черно-коричневый пигмент был Наблюдал Иоганн Генрих Меккель в 1847 году в крови и селезенке человека, страдающего безумием. Однако только в 1849 году присутствие этого пигмента было связано с заражением малярией. Первоначально считалось, что этот пигмент вырабатывается организмом в ответ на инфекцию, но Чарльз Луи Альфонс Лаверан понял в 1880 году, что «малярийный пигмент» вместо этого вырабатывается паразитами, поскольку они размножаются внутри эритроцит. Связь между пигментом и малярийными паразитами была использована Рональдом Россом для определения стадий жизненного цикла Plasmodium, которые происходят внутри комара, поскольку, хотя эти формы паразита по внешнему виду отличаются от стадий в крови, они все еще содержат следы пигмента.
Позже, в 1891 году Т. Карбоне и У. Браун (1911) опубликовал статьи, связывающие деградацию гемоглобина с производством пигмента, описывая малярийный пигмент как форму гематина и опровергая широко распространенное представление о его связи с меланином. Браун заметил, что все меланины быстро обесцвечиваются перманганатом калия, в то время как с этим реагентом малярийный пигмент не проявляет ни малейших признаков истинной реакции отбеливания. Название «гемозоин» было предложено Луи Вестенра Самбон. В 1930-х годах несколько авторов идентифицировали гемозоин как чистую кристаллическую форму α-гематина и показали, что это вещество не содержало белков внутри кристаллов, но не было дано никакого объяснения различий в растворимости пигмента малярии и кристаллов α-гематина.
Эритроцит человека, инфицированный малярийным паразитом Plasmodium falciparum, с остаточным телом с коричневым гемозоином. Во время цикла бесполого внутриэритроцитарного размножения Plasmodium falciparum потребляет до 80% клетки-хозяина гемоглобина. При переваривании гемоглобина высвобождается мономерный α-гематин (феррипротопорфирин IX). Это соединение токсично, так как оно является прооксидантом и катализирует образование активных форм кислорода. Окислительный стресс, как полагают, возникает во время превращения гема (ферропротопорфирина) в гематин (феррипротопорфирин). Свободный гематин может также связываться и разрушать клеточные мембраны, повреждая клеточные структуры и вызывая лизис эритроцитов хозяина. Уникальная реакционная способность этой молекулы была продемонстрирована в нескольких экспериментальных условиях in vitro и in vivo.
Транспортная везикула, доставляющая белок детоксикации гема (hdp) в малярийную пищевую вакуоль (fv), содержащую кристаллы гемозоина (hz). Масштабная линейка составляет 0,5 мкм. Таким образом, малярийный паразит выводит токсины из гематина за счет биокристаллизации - превращая его в нерастворимые и химически инертные кристаллы β-гематина (называемые гемозоин). У плазмодия пищевая вакуоль заполняется кристаллами гемозоина, длина которых составляет около 100-200 нанометров, и каждый содержит около 80 000 молекул гема. Детоксикация посредством биокристаллизации отличается от процесса детоксикации у млекопитающих, когда фермент гемоксигеназа вместо этого расщепляет избыток гема на биливердин, железо и углерод. окись.
Несколько механизмов были предложены для производства hemozoin в Plasmodium, и область является весьма спорной, с мембраной липидами, гистидин богатых белками, или даже сочетание этих два, предлагаются, чтобы катализируют образование гемозоина. Другие авторы описали белок детоксикации гема, который, как утверждается, более эффективен, чем липиды или богатые гистидином белки. Возможно, что многие процессы способствуют образованию гемозоина. Образование гемозоина у других организмов, питающихся кровью, изучено не так хорошо, как у плазмодиев. Однако исследования Schistosoma mansoni показали, что этот паразитический червь продуцирует большое количество гемозоина во время своего роста в кровотоке человека. Хотя форма кристаллов отличается от кристаллов, производимых малярийными паразитами, химический анализ пигмента показал, что он состоит из гемозоина. Аналогичным образом кристаллы, образующиеся в кишечнике целующего жука Rhodnius prolixus во время переваривания кровяной муки, также имеют уникальную форму, но состоят из гемозоина. Образование Hz в средней кишке R. prolixus происходит в физиологически значимых физико-химических условиях, и липиды играют важную роль в биокристаллизации гема. Выявлено, что автокаталитическая кристаллизация гема до Hz является неэффективным процессом, и это преобразование дополнительно снижается по мере увеличения концентрации Hz.
Изолированный гемозоин P.falciparum Было разработано несколько других механизмов для защиты большого разнообразия гематофагов организмов от токсических эффектов свободного гема. Комары переваривают пищу с кровью внеклеточно и не производят гемозоин. Гем удерживается в перитрофическом матриксе, слое белка и полисахаридов, который покрывает среднюю кишку и отделяет клетки кишечника от комка крови.
Хотя β-гематин может вырабатываться в анализирует самопроизвольно при низком pH, разработка простого и надежного метода измерения продукции гемозоина была трудной. Отчасти это связано с сохраняющейся неопределенностью в отношении того, какие молекулы участвуют в производстве гемозоина, а отчасти с трудностью измерения разницы между агрегированным или осажденным гемом и подлинным гемозоином. Современные анализы чувствительны и точны, но требуют нескольких этапов промывки, поэтому они медленные и не идеальны для высокопроизводительного скрининга. Однако с этими анализами были проведены некоторые скрининги.
Структура гемозоина, показывающая водородные связи между единицами гематина пунктирными линиями и координировать связи между атомами железа и боковыми цепями карбоксилата в виде красных линий 
Электронная микрофотография кристаллов гемозоина, выделенных от малярийного паразита Plasmodium falciparum. Увеличено в 68 490 раз. Гемозоин получают путем кристаллизации, опосредованной шаблоном («биокристаллизацией»). Кристаллы β-гематина состоят из димеров молекул гематина, которые, в свою очередь, соединены вместе водородными связями с образованием более крупных структур. В этих димерах железо -кислород координационная связь связывает центральное железо одного гематина с кислородом боковой цепи карбоксилата. соседнего гематина. Эти взаимные связи железо-кислород очень необычны и не наблюдались ни в одном другом димере порфирина. β-Гематин может быть либо циклическим димером, либо линейным полимером, полимерная форма никогда не была обнаружена в гемозоине, что опровергает широко распространенное представление о том, что гемозоин производится с помощью фермент гем-полимераза.
Кристаллы гемозоина имеют отчетливую триклинную структуру и слабо магнитные. Разницу между диамагнитным низкоспиновым оксигемоглобином и парамагнитным гемозоином можно использовать для выделения. Они также демонстрируют оптический дихроизм, что означает, что они сильнее поглощают свет по своей длине, чем по ширине, что позволяет автоматизировать обнаружение малярии. Гемозоин получают в форме, которая под действием приложенного магнитного поля вызывает индуцированный оптический дихроизм, характерный для концентрации гемозоина; и точное измерение этого индуцированного дихроизма (Магнитный круговой дихроизм ) можно использовать для определения уровня малярийной инфекции.
Взаимодействие гема с лекарствами Образование гемозоина - отличная лекарственная мишень, поскольку он необходим для выживания малярийных паразитов и отсутствует у человека-хозяина. Гематин-мишень лекарственного средства является производным от хозяина и в значительной степени не находится под генетическим контролем паразита, что затрудняет развитие лекарственной устойчивости. Считается, что многие клинически применяемые препараты действуют путем ингибирования образования гемозоина в пищевой вакуоли. Это предотвращает детоксикацию гема, высвобождаемого в этом отделении, и убивает паразита.
Наиболее понятными примерами таких ингибиторов биокристаллизации гематина являются препараты хинолина, такие как хлорохин и мефлохин. Эти препараты связываются как со свободным гемом, так и с кристаллами гемозоина, и поэтому блокируют добавление новых единиц гема к растущим кристаллам. Маленькое, наиболее быстро растущее лицо - это лицо, с которым, как считается, связываются ингибиторы.
Гемозоин выделяется в кровоток во время повторного заражения и фагоцитируется хозяином in vivo и in vitro фагоцитов и изменяет важные функции этих клеток. Большинство функциональных изменений были долгосрочными постфагоцитарными эффектами, включая ингибирование эритропоэза, продемонстрированное in vitro. Напротив, было показано, что мощная краткосрочная стимуляция окислительного выброса человеческими моноцитами также происходит во время фагоцитоза nHZ.
