Frontiers in Molecular Biosciences

Aminoacizii aromatici, ca și alți aminoacizi proteinogeni, sunt elementele constitutive ale proteinelor și includ fenilalanina, triptofanul și tirozina. Toate plantele și microorganismele își sintetizează proprii aminoacizi aromatici pentru a produce proteine (Braus, 1991; Tzin și Galili, 2010). Cu toate acestea, animalele au pierdut aceste căi metabolice costisitoare pentru sinteza aminoacizilor aromatici și trebuie, în schimb, să obțină aminoacizii prin intermediul dietei. Erbicidele profită de acest lucru prin inhibarea enzimelor implicate în sinteza aminoacizilor aromatici, făcându-le astfel toxice pentru plante, dar nu și pentru animale (Healy-Fried et al., 2007).

La animale și la oameni, aminoacizii aromatici servesc drept precursori pentru sinteza multor compuși activi din punct de vedere biologic/neurologic, care sunt esențiali pentru menținerea funcțiilor biologice normale. Tirozina este precursorul inițial pentru biosinteza dopa, dopamina, octopamina, norepinefrina și epinefrina etc., care sunt fundamentale prin funcționarea ca neurotransmițători sau hormoni pentru animale și oameni (Vavricka et al., 2010). În plus, tirozina este precursorul pentru sinteza melaninei în majoritatea organismelor, inclusiv la oameni și animale, și este deosebit de importantă la insecte pentru protecție (Whitten și Coates, 2017). Triptofanul este precursorul inițial pentru biosinteza triptaminei, a serotoninei, a auxinei, a kynureninelor și a melatoninei (Hardeland și Poeggeler, 2003; Mukherjee și Maitra, 2015). Acidul kynurenic, o kynurenină, produsă de-a lungul căii triptofan-kynurenină, este un antagonist la receptorii de aminoacizi excitatori și joacă un rol în protejarea neuronilor de suprastimularea de către neurotransmițătorii excitatori (Han et al., 2008). Multe enzime implicate în metabolismul aminoacizilor aromatici au fost ținte medicamentoase pentru boli, inclusiv boli neurodegenerative, schizofrenie și cancere (Stone și Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

În plus, deoarece animalele sau oamenii care nu posedă mașinăria enzimatică pentru sinteza de novo a aminoacizilor aromatici trebuie să obțină acești metaboliți primari din dieta lor, metabolismul aminoacizilor aromatici atât de către animalul gazdă, cât și de către microflora rezidentă sunt importante pentru sănătatea oamenilor și a tuturor animalelor. Printre gama de metaboliți de la interfața dintre aceste microorganisme și gazdă se numără aminoacidul aromatic esențial triptofan (Agus et al., 2018).

Suntem încântați de informațiile actualizate despre metabolismul aminoacizilor aromatici acoperite în articolele din tema noastră de cercetare. În general, articolele care au fost primite pentru acest subiect: „Aromatic Amino Acid Metabolism”, incluzând o colecție de articole originale de cercetare și articole de analiză, au oferit informații actualizate cu privire la metabolismul aminoacizilor aromatici și au abordat sinteza și catabolismul acestora în plante și microbi, enzimele metabolice la animale și oameni, precum și relațiile dintre structura și funcția enzimelor implicate în metabolism.

O recenzie a lui Parthasarathy et al. inclusă în acest subiect, descrie căile de biosinteză a aminoacizilor aromatici în plante și microbi, catabolismul în plante, degradarea prin intermediul căilor monoaminei și cinureninei la animale și catabolismul prin intermediul căilor 3-arilactat și cinureninei în microbii asociați cu animale. L-tirozina este un aminoacid aromatic sintetizat de novo în plante și microbi prin două căi alternative mediate de o enzimă din familia TyrA, prefenat sau arogenat dehidrogenază, care se găsește de obicei în microbi și, respectiv, în plante. În articolul de cercetare al lui Schenck et al. s-a arătat că omologii bacterieni, înrudiți îndeaproape cu TyrAs din plante, au, de asemenea, un reziduu acid în poziția 222 și activitate de arogenat dehidrogenază ca și enzima din plante, ceea ce indică faptul că mecanismul molecular conservat a funcționat în timpul evoluției TyrAa specifice arogenatului atât în plante, cât și în microbi. Triptofanul este un alt aminoacid aromatic, care poate fi oxidat de triptofan 2,3-dioxigenază și de indoleamină 2,3 dioxigenază în etapa inițială a catabolismului triptofanului la animale și oameni. Deși aceste două enzime catalizează aceeași reacție, asamblarea complexelor ternare enzimă-substrat-ligand, active din punct de vedere catalitic, nu este încă pe deplin rezolvată. Nienhaus și Nienhaus au rezumat cunoștințele actuale despre formarea complexelor ternare în triptofan 2,3-dioxigenază și indolamină 2,3 dioxigenaza și au legat aceste constatări de particularitățile structurale ale situsurilor lor active. Aminoacizii aromatici pot fi, de asemenea, oxidați de fenilalanină, tirozină sau triptofan hidroxilază și apoi decarboxilați de către decarboxilaza aminoacizilor aromatici pentru a forma monoamine aromatice. N-acetilarea monoaminelor aromatice de către arilalchilamina N-acetiltransferazele este asociată în cea mai mare parte cu acetilarea serotoninei pentru a forma N-acetilserotonină, un precursor în formarea melatoninei (Hardeland și Poeggeler, 2003; Mukherjee și Maitra, 2015). Insectele exprimă mai multe arilalchilamină N-acetiltransferaze pentru a regla metabolismul aminoacizilor aromatici (Hiragaki et al., 2015). De exemplu, la Aedes aegypti au fost identificate 13 arilalchilamină N-aciltransferaze putative (Han et al., 2012), iar la Drosophila melanogaster au fost identificate 8 arilalchilamină N-aciltransferaze putative (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. au evidențiat cunoștințele metabolomice actuale ale aminoacizilor aromatici N-acilați și ale derivaților N-acilați ai aminoacizilor aromatici, înțelegerea mecanicistă actuală a arilalchilaminei N-aciltransferazelor și au explorat posibilitatea ca arilalchilamina N-aciltransferazele să servească drept „rimezime” de insecte care reglează fotoperiodismul și alte procese ritmice la insecte.

Metabolismul aminoacizilor aromatici implică, de asemenea, unele enzime dependente de piridoxal 5′-fosfat, inclusiv decarboxilazele, aminotransferazele și sintetaza fenilacetaldehidei aromatice. În ultimul articol de analiză din acest număr special, Liang et al. au oferit cunoștințe actualizate despre enzimele dependente de piridoxal 5′-fosfat și au rezumat factorii structurali care contribuie la mecanismele de reacție, în special reziduurile situsului activ critice pentru a dicta specificitatea reacției.

Contribuții ale autorilor

Toți autorii enumerați au avut o contribuție substanțială, directă și intelectuală la lucrare și au aprobat-o pentru publicare.

Finanțare

Finanțarea a fost asigurată de Fundația Națională de Științe Naturale a Chinei (Grant nr. 31860702).

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.