Frontiers in Molecular Biosciences

Aminoácidos aromáticos, como outros aminoácidos proteogénicos, são os blocos de construção das proteínas e incluem fenilalanina, triptofano, e tirosina. Todas as plantas e microrganismos sintetizam seus próprios aminoácidos aromáticos para fazer proteínas (Braus, 1991; Tzin e Galili, 2010). No entanto, os animais perderam estas caras vias metabólicas para a síntese de aminoácidos aromáticos e devem, em vez disso, obter os aminoácidos através da sua dieta. Os herbicidas aproveitam isso inibindo as enzimas envolvidas na síntese de aminoácidos aromáticos, tornando-os tóxicos para as plantas, mas não para os animais (Healy-Fried et al., 2007).

Em animais e humanos, os aminoácidos aromáticos servem como precursores para a síntese de muitos compostos biologicamente/neurologicamente ativos que são essenciais para a manutenção das funções biológicas normais. A tirosina é o precursor inicial para a biossíntese de dopa, dopamina, octopamina, norepinefrina, e epinefrina, etc., que são fundamentais por funcionarem como neurotransmissores ou hormônios para animais e humanos (Vavricka et al., 2010). Além disso, a tirosina é o precursor da síntese de melanina na maioria dos organismos, incluindo humanos e animais, e é particularmente importante em insetos para proteção (Whitten e Coates, 2017). O triptofano é o precursor inicial da biossíntese de triptamina, serotonina, auxina, cinureninas e melatonina (Hardeland e Poeggeler, 2003; Mukherjee e Maitra, 2015). O ácido cinurênico, uma cinurenina, produzida ao longo da via triptofanoquinurenina, é um antagonista dos receptores de aminoácidos excitatórios e desempenha um papel na proteção dos neurônios contra a estimulação excessiva por neurotransmissores excitatórios (Han et al., 2008). Muitas enzimas envolvidas no metabolismo de aminoácidos aromáticos têm sido alvo de drogas para doenças incluindo doenças neurodegenerativas, esquizofrenia e cânceres (Stone e Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Além disso, como os animais ou seres humanos que não possuem o mecanismo enzimático para a síntese de novo aminoácidos aromáticos devem obter esses metabólitos primários de sua dieta, o metabolismo do aminoácido aromático tanto pelo animal hospedeiro quanto pela microflora residente são importantes para a saúde dos seres humanos e de todos os animais. Entre a variedade de metabólitos na interface entre estes microorganismos e o hospedeiro está o aminoácido aromático essencial triptofano (Agus et al., 2018).

Estamos encantados com as informações atualizadas sobre o metabolismo dos aminoácidos aromáticos abordadas nos artigos do nosso tópico de pesquisa. No geral, os artigos que foram recebidos para este tópico: “Metabolismo de aminoácidos aromáticos”, incluindo uma coleção de artigos originais de pesquisa e revisão, forneceram informações atualizadas sobre o metabolismo de aminoácidos aromáticos, e abordaram sua síntese e catabolismo em plantas e micróbios, enzimas metabólicas em animais e humanos, e estrutura e relações funcionais das enzimas envolvidas no metabolismo.

Uma revisão de Parthasarathy et al. incluída neste tópico, descreve as vias biossintéticas do aminoácido aromático em plantas e micróbios, catabolismo em plantas, degradação através das vias da monoamina e cinurenina em animais, e catabolismo através das vias do 3-arilactato e cinurenina em micróbios associados a animais. A L-Tirosina é um aminoácido aromático sintetizado de novo em plantas e micróbios através de duas vias alternativas mediadas por uma enzima da família TyrA, prefenato, ou a arogenate desidrogenase, tipicamente encontrada em micróbios e plantas, respectivamente. No artigo de pesquisa de Schenck et al. foi revelado que os homólogos bacterianos, estreitamente relacionados aos TyrAs vegetais, também possuem um resíduo ácido na posição 222 e atividade de arogenate desidrogenase como a enzima vegetal, o que indica que o mecanismo molecular conservado operou durante a evolução do TyrAa específico de arogenate em plantas e micróbios. O triptofano é outro aminoácido aromático, que pode ser oxidado pelo triptofano 2,3-dioxigenase e pela indoleamina 2,3 dioxigenase na etapa inicial do catabolismo do triptofano em animais e seres humanos. Apesar destas duas enzimas catalisarem a mesma reação, a montagem dos complexos ternários enzimático-assubstrato-ligandares catalítico ativo ainda não está totalmente resolvido. Nienhaus e Nienhaus resumiram o conhecimento atual da formação do complexo ternário em triptofano 2,3-dioxigenase e em indoleamina 2,3 dioxigenase e relacionaram esses achados às peculiaridades estruturais de seus locais ativos. Os aminoácidos aromáticos também podem ser oxidados pela fenilalanina, tirosina ou triptófano hidroxilase, e depois descarboxilase por decarboxilases de aminoácidos aromáticos para formar monoaminas aromáticas. A N-acetilação das monoaminas aromáticas por N-acetiltransferases de arylalkylamine está principalmente associada à acetilação da serotonina para formar N-acetil-serotonina, um precursor na formação da melatonina (Hardeland e Poeggeler, 2003; Mukherjee e Maitra, 2015). Os insetos expressam mais arylalkylamine N-acyltransferases a fim de regular o metabolismo de aminoácidos aromáticos (Hiragaki et al., 2015). Por exemplo, 13 supostas N-aciltransferases ariquilalquilamínicas foram identificadas em Aedes aegypti (Han et al., 2012) e 8 supostas N-aciltransferases ariquilalquilamínicas foram identificadas em Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. destacaram o atual conhecimento metabólico dos aminoácidos aromáticos N-acetilados e derivados N-acetilados dos aminoácidos aromáticos, o atual entendimento mecanicista das N-acetiltransferases ariquilalquilamínicas, e exploraram a possibilidade de que a ariquilalquilamina N-acetiltransferase sirva como “rimezimas” de insetos regulando o fotoperíodo e outros processos rítmicos em insetos.

A metabolismo de aminoácidos aromáticos também envolve algumas enzimas dependentes de piridoxal 5′-fosfato, incluindo descarboxilases, aminotransferases, e fenilacetaldeído sintetizase aromática. No artigo de revisão final deste número especial, Liang et al. forneceram conhecimento atualizado das enzimas dependentes de piridoxal 5′-fosfato e resumiram os fatores estruturais que contribuem para os mecanismos de reação, particularmente resíduos ativos do local crítico para ditar a especificidade da reação.

Author Contributions

Todos os autores listados fizeram uma contribuição substancial, direta e intelectual ao trabalho, e o aprovaram para publicação.

Financiamento

Financiamento foi fornecido pela National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31860702).

Conflict of Interest Statement

Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.