Frontiers in Molecular Biosciences

Aminokwasy aromatyczne, podobnie jak inne aminokwasy proteogenne, są budulcem białek i obejmują fenyloalaninę, tryptofan i tyrozynę. Wszystkie rośliny i mikroorganizmy syntetyzują własne aminokwasy aromatyczne do produkcji białek (Braus, 1991; Tzin i Galili, 2010). Jednakże, zwierzęta utraciły te kosztowne szlaki metaboliczne do syntezy aminokwasów aromatycznych i zamiast tego muszą pozyskiwać te aminokwasy poprzez swoją dietę. Herbicydy wykorzystują to poprzez hamowanie enzymów zaangażowanych w syntezę aminokwasów aromatycznych, czyniąc je toksycznymi dla roślin, ale nie dla zwierząt (Healy-Fried i in., 2007).

W zwierzętach i ludziach, aminokwasy aromatyczne służą jako prekursory do syntezy wielu biologicznie/neurologicznie aktywnych związków, które są niezbędne do utrzymania normalnych funkcji biologicznych. Tyrozyna jest początkowym prekursorem biosyntezy dopa, dopaminy, oktopaminy, noradrenaliny i epinefryny, itp., które mają fundamentalne znaczenie poprzez funkcjonowanie jako neuroprzekaźniki lub hormony dla zwierząt i ludzi (Vavricka et al., 2010). Ponadto tyrozyna jest prekursorem syntezy melaniny u większości organizmów, w tym u ludzi i zwierząt, a u owadów jest szczególnie ważna dla ochrony (Whitten i Coates, 2017). Tryptofan jest początkowym prekursorem dla biosyntezy tryptaminy, serotoniny, auksyny, kynurenin i melatoniny (Hardeland i Poeggeler, 2003; Mukherjee i Maitra, 2015). Kwas kynureninowy, kynurenina, wytwarzana na szlaku tryptofan-kynurenina, jest antagonistą receptorów aminokwasów pobudzających i odgrywa rolę w ochronie neuronów przed nadmierną stymulacją przez neuroprzekaźniki pobudzające (Han i in., 2008). Wiele enzymów zaangażowanych w metabolizm aminokwasów aromatycznych stało się celami lekowymi w chorobach, w tym chorobach neurodegeneracyjnych, schizofrenii i nowotworach (Stone i Darlington, 2013; Selvan i in., 2016).

W dodatku, ponieważ zwierzęta lub ludzie, którzy nie posiadają enzymatycznej maszynerii do syntezy de novo aminokwasów aromatycznych, muszą pozyskiwać te pierwotne metabolity z diety, metabolizm aminokwasów aromatycznych zarówno przez zwierzę gospodarza, jak i mikroflorę rezydenta są ważne dla zdrowia ludzi i wszystkich zwierząt. Wśród tablicy metabolitów na interfejsie między tymi mikroorganizmami a gospodarzem jest niezbędny aminokwas aromatyczny tryptofan (Agus i in., 2018).

Jesteśmy zachwyceni zaktualizowanymi informacjami na temat metabolizmu aminokwasów aromatycznych objętych artykułami naszego tematu badawczego. Ogólnie rzecz biorąc, artykuły, które otrzymano dla tego tematu: „Aromatic Amino Acid Metabolism”, w tym zbiór oryginalnych artykułów badawczych i przeglądowych, dostarczyły zaktualizowanych informacji dotyczących metabolizmu aminokwasów aromatycznych, a także zajęły się ich syntezą i katabolizmem w roślinach i mikrobach, enzymami metabolicznymi u zwierząt i ludzi oraz zależnościami struktury i funkcji enzymów zaangażowanych w metabolizm.

Przegląd autorstwa Parthasarathy i wsp. zawarty w tym temacie, opisuje szlaki biosyntezy aminokwasów aromatycznych w roślinach i mikrobach, katabolizm w roślinach, degradację poprzez szlaki monoaminowe i kynureninowe u zwierząt oraz katabolizm poprzez szlaki 3-arylaktanowe i kynureninowe u drobnoustrojów związanych ze zwierzętami. L-tyrozyna jest aminokwasem aromatycznym syntetyzowanym de novo w roślinach i mikrobach za pośrednictwem dwóch alternatywnych szlaków, w których pośredniczy enzym z rodziny TyrA, prephenate lub dehydrogenaza arogenowa, typowo występujące odpowiednio w mikrobach i roślinach. W artykule Schenck i wsp. wykazano, że bakteryjne homologi, blisko spokrewnione z roślinnymi TyrAs, również posiadają resztę kwasową w pozycji 222 i aktywność dehydrogenazy arogenianowej, podobnie jak enzym roślinny, co wskazuje na działanie konserwowanego mechanizmu molekularnego podczas ewolucji TyrAa specyficznego dla arogenianów zarówno u roślin, jak i u mikrobów. Tryptofan jest kolejnym aminokwasem aromatycznym, który może być utleniony przez 2,3-dioksygenazę tryptofanową i 2,3-dioksygenazę indoloaminową w początkowym etapie katabolizmu tryptofanu u zwierząt i ludzi. Chociaż te dwa enzymy katalizują tę samą reakcję, sposób tworzenia aktywnych katalitycznie trójskładnikowych kompleksów enzym-substrat-ligand nie został jeszcze w pełni wyjaśniony. Nienhaus i Nienhaus podsumowali obecną wiedzę na temat tworzenia kompleksów trójskładnikowych w 2,3-dioksygenazie tryptofanowej i 2,3-dioksygenazie indoloaminowej i powiązali te odkrycia z osobliwościami strukturalnymi ich miejsc aktywnych. Aminokwasy aromatyczne mogą być również utleniane przez hydroksylazę fenyloalaniny, tyrozyny lub tryptofanu, a następnie dekarboksylowane przez dekarboksylazy aminokwasów aromatycznych, tworząc monoaminy aromatyczne. N-acylacja monoamin aromatycznych przez N-acylotransferazy aryloalkiloaminowe jest najczęściej związana z acetylacją serotoniny do postaci N-acetyloserotoniny, prekursora w tworzeniu melatoniny (Hardeland i Poeggeler, 2003; Mukherjee i Maitra, 2015). Owady wykazują ekspresję większej liczby N-acylotransferaz aryloalkiloaminowych w celu regulacji metabolizmu aminokwasów aromatycznych (Hiragaki i in., 2015). Na przykład, 13 putative arylalkylamine N-acyltransferases have been identified in Aedes aegypti (Han et al., 2012) and 8 putative arylalkylamine N-acyltransferases have been identified in Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn i wsp. podkreślili obecną wiedzę metabolomiczną na temat N-acylowanych aminokwasów aromatycznych i N-acylowanych pochodnych aminokwasów aromatycznych, obecne mechanistyczne zrozumienie N-acylotransferaz aryloalkiloaminowych i zbadali możliwość, że N-acylotransferazy aryloalkiloaminowe służą jako owadzie „rymezymy” regulujące fotoperiodyzm i inne rytmiczne procesy u owadów.

Metabolizm aminokwasów aromatycznych obejmuje również niektóre enzymy zależne od 5′-fosforanu pirydoksalu, w tym dekarboksylazy, aminotransferazy i syntazy aromatycznego fenyloacetaldehydu. W ostatnim artykule przeglądowym tego specjalnego wydania, Liang i wsp. dostarczyli zaktualizowaną wiedzę na temat enzymów zależnych od 5′-fosforanu pirydoksalu i podsumowali czynniki strukturalne, które przyczyniają się do mechanizmów reakcji, w szczególności reszty w miejscu aktywnym krytyczne dla dyktowania specyficzności reakcji.

Wkład autorów

Wszyscy wymienieni autorzy wnieśli znaczący, bezpośredni i intelektualny wkład w pracę i zatwierdzili ją do publikacji.

Funding

Funding was provided by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31860702).

Conflict of Interest Statement

Autorzy deklarują, że badania były prowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych relacji, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

.