miniatura|250px|Cristais de hemozoína de Plasmodium falciparum vistos con luz polarizada. miniatura|Microgametocito de Plasmodium ovale en preparación sanguínea tinguido con Giemsa, no que se sinalan os gránulos de Schüffner e o pigmento hemozoína. A hemozoína é un produto residual constituído por hemo cristalizado formado a partir da dixestión de sangue por algúns parasitos que se alimentan de sangue, que se acumula no interior do parasito e nalgúns casos pode saír á circulación sanguínea do hóspede. Estes organismos hematófagos, como os parasitos da malaria (Plasmodium spp.), o insecto Rhodnius e o verme Schistosoma dixiren a hemoglobina e liberan grandes cantidades de hemo libre, o cal é o compoñente non proteico da hemoglobina. O hemo é un grupo prostético formado por un átomo de ferro contido no centro dun anel porfirínico heterocíclico. O hemo libre é tóxico para as células, así que os parasitos o converten nunha forma cristalina insoluble, que é a hemozoína. Nos parasitos da malaria, a hemozoína adoita chamarse pigmento da malaria.
Como a formación de hemozoína é esencial para a supervivencia destes parasitos, é unha diana prometedora para o desenvolvemento de fármacos e é moi estudada en Plasmodium como un xeito de atopar fármacos para tratar a malaria (o chamado talón de Aquiles da malaria). Varios fármacos antimaláricos usados actualmente, como a cloroquina e a mefloquina, pénsase que matan os parasitos da malaria ao inhibiren a biocristalización da hemozoína.
Descubrimento
En 1847 Johann Heinrich Meckel observou un pigmento de cor castaña/negra no sangue e bazo dunha persoa que padecía demencia. Porén, ata 1849 a presenza deste pigmento non foi vinculada coa malaria. Inicialmente, pensouse que este pigmento era producido polo corpo en resposta á infección, pero Charles Louis Alphonse Laveran decatouse en 1880 que o "pigmento da malaria" era en realidade producido polos parasitos causantes da doenza a medida que se multiplicaban dentro dos glóbulos vermellos. Ronald Ross utilizou a ligazón entre o pigmento e os parasitos da malaria para identificar os estadios polos que pasa o Plasmodium no seu ciclo vital dentro dos mosquitos, xa que, aínda que estas formas do parasito son diferentes en aparencia dos estadios no sangue dos pacientes, aínda conteñen trazas do pigmento.
Posteriormente, en 1891, T. Carbone e W.H. Brown (1911) publicaron artigos que vinculaban a degradación da hemoglobina coa produción de pigmentos, describindo o pigmento malárico como unha forma de hematina e desbotando a idea amplamente sostida daquela de que estaba relacionado coa melanina. Brown observou que todas as melaninas branqueaban rapidamente tratándoas con permanganato potásico, mentres que con este reactivo o pigmento malárico non manifestaba nin o menor signo dunha verdadeira reacción de branqueo. O nome "hemozoína" proposto por Louis Westenra Sambon. Na década de 1930 varios autores identificaron a hemozoína como unha forma cristalina pura de α-hematina e mostraron que a substancia non contiña proteínas nos cristais, pero non se deu unha explicación das diferenzas de solubilidade entre o pigmento malárico e os cristais de α-hematina.
Formación miniatura|Glóbulo vermello humano infectado polo parasito da malaria Plasmodium falciparum, mostrando un corpo residual con hemozoína castaña.
Durante o seu ciclo de reprodución asexual intraeritrocítica, Plasmodium falciparum consome ata o 80 % da hemoglobina da célula hóspede. A dixestión da hemoglobina libera α-hematina monómera (ferriprotoporfirina IX). Este composto é tóxico, xa que é un prooxidante e cataliza a produción de especies reactivas do oxíxeno. O estrés oxidativo crese que foi xerado durante a conversión do hemo (ferroprotoporfirina) a hematina (ferriprotoporfirina). A hematina libre pode tamén unirse e alterar a membrana plasmática, danando as estruturas celulares e causando a lise do eritrocito hóspede. A reactividade que caracteriza esta molécula foi demostrada en varias condicións experimentais in vitro e in vivo. miniatura|esquerda|Vesícula de transporte que leva unha proteína de desintoxicación do hemo (hdp) a un vacúolo alimenticio do parasito da malaria (fv) que contén cristais de hemozoína (hz). Barra de escala de 0,5 µm. Polo tanto, o parasito da malaria desintoxica a hematina, o cal fai por biocristalización, converténdoa en cristais insolubles e quimicamente inertes de β-hematina (chamada hemozoína). En Plasmodium o vacúolo alimenticio énchese de cristais de hemozoína, que son de aproximadamente 100–200 nanómetros de longo e cada un contén unhas 80.000 moléculas de hemo. A desintoxicación por biocristalización é distinta do proceso de desintoxicación en mamíferos, onde un encima chamado hemo oxixenase é o que converte o exceso de hemo en biliverdina, ferro e monóxido de carbono.
Propuxéronse varios mecanismos para a produción de hemozoína en Plasmodium, e este campo de investigación é moi polémico, xa que se propuxeron lípidos de membrana, proteínas ricas en histidina, ou incluso unha combinación dos dous, como catalizadores da formación de hemozoína. Outros autores describiron unha proteína de desintoxicación do hemo, que afirman que é máis potente que os lípidos ou as proteínas ricas en histidina. É posible que moitos procesos contribúan á formación de hemozoína. A formación de hemozoína noutros organismos que se alimentan de sangue non está tan ben estudada coma en Plasmodium. Con todo, estudos feitos sobre Schistosoma mansoni revelaron que este verme trematodo parasito produce grandes cantidades de hemozoína durante o seu crecemento no torrente circulatorio humano. Aínda que a forma dos cristais é diferente da dos que producen os parasitos da malaria, as análises químicas do pigmento mostraron que está feito de hemozoína. De xeito similar, os cristais formados no tracto dixestivo do hemíptero Rhodnius prolixus durante a dixestión de sangue tamén teñen unha forma característica, pero están compostos de hemozoína. A formación de hemozoína no intestino medio de R. prolixus ocorre en condicións físico-químicas fisioloxicamente relevantes e os lípidos exercen un importante papel na biocristalización do hemo. A cristalización autocatalítica do hemo a hemozoína é un proceso ineficiente e esta conversión redúcese a medida que a concentración de hemozoína aumenta.
Desenvolvéronse outros diversos mecanismos para protexer unha gran variedade de organismos hematófagos contra os efectos tóxicos do hemo libre. Os mosquitos dixiren o sangue que zugan extracelularmente e non producen hemozoína. O hemo queda retido na matriz peritrófica, unha capa de proteínas e polisacáridos que cobre o intestino medio e separa as células do intestino do bolo de sangue.
Aínda que a β-hematina (hemozoína) pode producirse en ensaios encimáticos espontaneamente a baixo pH, o desenvolvemento dun método simple e fiable para medir a produción de hemozoína foi difícil. Isto débese en parte á permanente incerteza sobre cales moléculas están implicadas na produción de hemozoína, e en parte á dificultade de medir as diferenzas entre agregados ou precipitados do hemo e a verdadeira hemozoína. Os ensaios bioquímicos actuais son sensibles e exactos, pero para facelos cómpren moitos pasos de lavado que son lentos e non ideais para un cribado de alto rendemento. Porén, realizáronse algúns cribados utilizando eses ensaios.
Estrutura miniatura|esquerda|250px|Estrutura da hemozoína, mostrando os enlaces de hidróxeno entre as unidades de hematina como liñas punteadas e os enlaces coordinados entre átomos de ferro e as cadeas laterais carboxilato como liñas vermellas. miniatura|Micrografía electrónica de cristais de hemozoína illados do parasito da malaria Plasmodium falciparum. Ampliadas 68.490 veces. A hemozoína prodúcese por cristalización mediada por molde ("biocristalización"). Os cristais de β-hematina (hemozoína) están feitos de dímeros de moléculas de hematina que están, á súa vez, unidos entre si por enlaces de hidróxeno para formar estruturas máis grandes. Nestes dímeros, un enlace coordinado ferro-oxíxeno liga o ferro central dunha hematina ao oxíxeno da cadea lateral de carboxilato da hematina adxacente. Eses enlaces recíprocos ferro–oxíxeno son moi pouco frecuentes e non se observaron en ningún outro dímero de porfirina. A β-hematina pode ser un dímero cíclico ou un polímero lineal, pero nunca se atopou unha forma polímera na hemozoína, o que refuta a idea amplamente compartida de que a hemozoína se produce pola acción do encima hemo-polimerase.
Os cristais de hemozoína teñen unha distintiva estrutura triclínica e son debilmente magnéticas. A diferenza entre a oxihemoglobina de spin baixo diamagnética e a hemozoína paramagnética pode utilizarse para o illamento. Tamén presenta dicroísmo óptico, o que significa que absorben luz máis fortemente na dirección lonxitudinal que na transversal, permitindo a detección automatizada da malaria. A hemozoína prodúcese nunha forma que, baixo a acción dun campo magnético aplicado, dá lugar a un dicroísmo óptico inducido característico da concentración de hemozoína; e a medida precisa deste dicroísmo inducido (dicroísmo magnético circular) pode utilizarse para determinar o nivel de infección malárica.
Inhibidores miniatura|esquerda|Interacción fármaco-hemo. A formación de hemozoína é unha excelente diana de fármacos, xa que é esencial para a supervivencia do parasito da malaria e está ausente no hóspede humano. A hematina diana de fármacos deriva do hóspede e está en gran medida fóra do control xenético do parasito, o cal fai que o desenvolvemento de resistencia a fármacos sexa máis difícil. Moitos fármacos utilizados clinicamente pénsase que actúan inhibindo a formación de hemozoína no vacúolo alimenticio. Isto impide a desintoxicación do hemo liberado neste compartimento e mata o parasito.
Os exemplos mellor comprendidos de inhibidores da biocristalización da hematina son as quinolinas como a cloroquina e a mefloquina. Estes fármacos únense tanto ao hemo libre coma aos cristais de hemozoína, e, polo tanto, bloquean a adición de novas unidades hemo aos cristais en crecemento. A cara pequena de crecemento máis rápido é a cara á cal se cre que se unen os inhibidores.
Papel na fisiopatoloxía A hemozoína é liberada á circulación durante a reinfección e fagocitada in vivo e in vitro polos fagocitos do hóspede e altera importantes funcións en ditas células. A maioría das alteracións funcionais son efectos postfagocíticos a longo prazo, incluíndo a inhibición da eritropoese mostrada in vitro. En contraste, tamén se demostrou que ocorre unha poderosa estimulación a curto prazo de explosión oxidativa de monocitos humanos durante a fagocitose de hemozoína (nHZ). En células inmunitarias describiuse a peroxidación de lípidos catalizados non encimaticamente polo ferro da hemozoína. Os produtos de lipoperoxidación, como os ácidos hidroxieicosatetraenoicos (HETEs) e o 4-hidroxinonenal (4-HNE), están implicados funcionalmente na inmunomodulación
Notas
Véxase tamén Outros artigos Biocristalización Historia da malaria
Categoría:Malaria Categoría:Biomoléculas