Concept

Biocrystallization

Biocrystallization is the formation of crystals from organic macromolecules by living organisms. This may be a stress response, a normal part of metabolism such as processes that dispose of waste compounds, or a pathology. Template mediated crystallization is qualitatively different from in vitro crystallization. Inhibitors of biocrystallization are of interest in drug design efforts against lithiasis and against pathogens that feed on blood, since many of these organisms use this process to safely dispose of heme. Under severe stress conditions the bacteria Escherichia coli protects its DNA from damage by sequestering it within a crystalline structure. This process is mediated by the stress response protein Dps and allows the bacteria to survive varied assaults such as oxidative stress, heat shock, ultraviolet light, gamma radiation and extremes of pH. Blood feeding organisms digest hemoglobin and release high quantities of free toxic heme. To avoid destruction by this molecule, the parasite biocrystallizes heme to form hemozoin. To date, the only definitively characterized product of hematin disposal is the pigment hemozoin. Hemozoin is per definitionem not a mineral and therefore not formed by biomineralization. Heme biocrystallization has been found in blood feeding organisms of great medical importance including Plasmodium, Rhodnius and Schistosoma. Heme biocrystallization is inhibited by quinoline antimalarials such as chloroquine. Targeting heme biocrystallization remains one of the most promising avenues for antimalarial drug development because the drug target is highly specific to the malarial parasite, and outside the genetic control of the parasite. Lithiasis (formation of stones) is a global human health problem. Stones can form in both urinary and gastrointestinal tracts. Related to the formation of stones is the formation of crystals; this can occur in joints (e.g. gout) and in the viscera.

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L’hémozoïne est aussi appelé « pigment malarique » ou « pigment lacustre ». La formation de l'hémozoïne caractérise la présence de plasmodium (parasite causant la malaria). Il s'agit d'un dimère qui apparaît lors de la dégradation de la cellule hôte (une hématie) par le parasite. En effet, le parasite utilise les acides aminés de la globine (voir hémoglobine) afin de produire des protéines en vue de se reproduire. Néanmoins, la structure moléculaire relativement complexe construite autour d'un atome de fer que l'on trouve dans les globines de l'hématie lui est potentiellement toxique.
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Plasmodium falciparum
Plasmodium falciparum est une des espèces de Plasmodium, des parasites qui causent le paludisme chez l'être humain. Il est transmis par la piqûre d'anophèle femelle (un moustique). P. falciparum est le plus dangereux de ces parasites causant le paludisme car il entraîne le taux de mortalité le plus élevé. En outre, il représente 80 % de toutes les infections malariques humaines et 90 % des décès. Il est plus répandu en Afrique subdésertique que dans d'autres régions du monde.
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