Fronteras de las Biociencias Moleculares

Los aminoácidos aromáticos, al igual que otros aminoácidos proteinogénicos, son los componentes básicos de las proteínas e incluyen la fenilalanina, el triptófano y la tirosina. Todas las plantas y los microorganismos sintetizan sus propios aminoácidos aromáticos para fabricar proteínas (Braus, 1991; Tzin y Galili, 2010). Sin embargo, los animales han perdido estas costosas vías metabólicas para la síntesis de aminoácidos aromáticos y en su lugar deben obtener los aminoácidos a través de su dieta. Los herbicidas se aprovechan de ello inhibiendo las enzimas implicadas en la síntesis de aminoácidos aromáticos, lo que los hace tóxicos para las plantas pero no para los animales (Healy-Fried et al., 2007).

En los animales y los seres humanos, los aminoácidos aromáticos sirven como precursores para la síntesis de muchos compuestos biológicamente/neurológicamente activos que son esenciales para mantener las funciones biológicas normales. La tirosina es el precursor inicial para la biosíntesis de la dopa, la dopamina, la octopamina, la norepinefrina y la epinefrina, etc., que son fundamentales al funcionar como neurotransmisores u hormonas para animales y humanos (Vavricka et al., 2010). Además, la tirosina es el precursor de la síntesis de la melanina en la mayoría de los organismos, incluidos los humanos y los animales, y es especialmente importante en los insectos para su protección (Whitten y Coates, 2017). El triptófano es el precursor inicial para la biosíntesis de triptamina, serotonina, auxina, cinureninas y melatonina (Hardeland y Poeggeler, 2003; Mukherjee y Maitra, 2015). El ácido cinúrico, una cinurenina, producida a lo largo de la vía del triptófano-quinurenina, es un antagonista de los receptores de aminoácidos excitatorios y desempeña un papel en la protección de las neuronas contra la sobreestimulación de los neurotransmisores excitatorios (Han et al., 2008). Muchas enzimas implicadas en el metabolismo de los aminoácidos aromáticos han sido dianas farmacológicas para enfermedades como las neurodegenerativas, la esquizofrenia y el cáncer (Stone y Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Además, dado que los animales o los seres humanos que no poseen la maquinaria enzimática para la síntesis de novo de aminoácidos aromáticos deben obtener estos metabolitos primarios de su dieta, el metabolismo de los aminoácidos aromáticos tanto por parte del animal huésped como de la microflora residente es importante para la salud de los seres humanos y de todos los animales. Entre el conjunto de metabolitos en la interfaz entre estos microorganismos y el huésped se encuentra el aminoácido aromático esencial triptófano (Agus et al., 2018).

Estamos encantados por la información actualizada sobre el metabolismo de los aminoácidos aromáticos cubierta en los artículos de nuestro tema de investigación. En general, los artículos que se recibieron para este tema: «Metabolismo de los aminoácidos aromáticos», que incluyen una colección de artículos originales de investigación y de revisión, proporcionaron información actualizada sobre el metabolismo de los aminoácidos aromáticos, y abordaron su síntesis y catabolismo en plantas y microbios, las enzimas metabólicas en animales y humanos, y las relaciones de estructura y función de las enzimas implicadas en el metabolismo.

Una revisión de Parthasarathy et al. incluida en este tema, describe las vías biosintéticas de los aminoácidos aromáticos en plantas y microbios, el catabolismo en plantas, la degradación a través de las vías de las monoaminas y la cinurenina en animales, y el catabolismo a través de las vías del 3-arilactato y la cinurenina en microbios asociados a animales. La L-tirosina es un aminoácido aromático sintetizado de novo en las plantas y los microbios a través de dos rutas alternativas mediadas por una enzima de la familia TyrA, el prefenato, o la arogenato deshidrogenasa, que se encuentran típicamente en los microbios y las plantas, respectivamente. En el artículo de investigación de Schenck et al. se reveló que los homólogos bacterianos, estrechamente relacionados con los TyrAs de las plantas, también tienen un residuo ácido en la posición 222 y actividad de arogenato deshidrogenasa como la enzima de las plantas, lo que indica que el mecanismo molecular conservado operó durante la evolución de los TyrAa específicos de arogenato tanto en plantas como en microbios. El triptófano es otro aminoácido aromático, que puede ser oxidado por la triptófano 2,3-dioxigenasa y la indoleamina 2,3 dioxigenasa en el paso inicial del catabolismo del triptófano en animales y humanos. Aunque estas dos enzimas catalizan la misma reacción, el ensamblaje de los complejos ternarios enzima-sustrato-ligando, catalíticamente activos, aún no está totalmente resuelto. Nienhaus y Nienhaus resumieron los conocimientos actuales sobre la formación de complejos ternarios en la triptófano 2,3-dioxigenasa y la indoleamina 2,3 dioxigenasa y relacionaron estos hallazgos con las peculiaridades estructurales de sus sitios activos. Los aminoácidos aromáticos también pueden ser oxidados por la fenilalanina, la tirosina o la triptófano hidroxilasa, y luego descarboxilados por las descarboxilasas de aminoácidos aromáticos para formar monoaminas aromáticas. La N-acilación de las monoaminas aromáticas por parte de las arilalquilaminas N-aciltransferasas se asocia principalmente con la acetilación de la serotonina para formar N-acetilserotonina, un precursor en la formación de melatonina (Hardeland y Poeggeler, 2003; Mukherjee y Maitra, 2015). Los insectos expresan más arilalquilaminas N-aciltransferasas para regular el metabolismo de los aminoácidos aromáticos (Hiragaki et al., 2015). Por ejemplo, se han identificado 13 arilalquilaminas N-aciltransferasas putativas en Aedes aegypti (Han et al., 2012) y 8 arilalquilaminas N-aciltransferasas putativas en Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. destacaron el conocimiento metabolómico actual de los aminoácidos aromáticos N-acilados y de los derivados N-acilados de los aminoácidos aromáticos, la comprensión mecanística actual de las arilalquilaminas N-aciltransferasas, y exploraron la posibilidad de que las arilalquilaminas N-aciltransferasas sirvan como «rimezimas» de los insectos que regulan el fotoperiodismo y otros procesos rítmicos en los insectos.

El metabolismo de los aminoácidos aromáticos también implica algunas enzimas dependientes del piridoxal 5′-fosfato, incluyendo las descarboxilasas, las aminotransferasas y la fenilacetaldehído sintasa aromática. En el último artículo de revisión de este número especial, Liang et al. proporcionaron conocimientos actualizados sobre las enzimas dependientes del piridoxal 5′-fosfato y resumieron los factores estructurales que contribuyen a los mecanismos de reacción, en particular los residuos del sitio activo críticos para dictar la especificidad de la reacción.

Contribuciones de los autores

Todos los autores enumerados han realizado una contribución sustancial, directa e intelectual al trabajo, y lo han aprobado para su publicación.

Financiación

La financiación fue proporcionada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (subvención nº 31860702).

Declaración de conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un potencial conflicto de intereses.

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