Redakční komentář: Metabolismus aromatických aminokyselin | Grain of sound

Aromatické aminokyseliny, stejně jako ostatní proteinogenní aminokyseliny, jsou stavebními kameny bílkovin a zahrnují fenylalanin, tryptofan a tyrosin. Všechny rostliny a mikroorganismy syntetizují své vlastní aromatické aminokyseliny pro tvorbu bílkovin (Braus, 1991; Tzin a Galili, 2010). Živočichové však tyto nákladné metabolické cesty pro syntézu aromatických aminokyselin ztratili a místo toho musí tyto aminokyseliny získávat prostřednictvím stravy. Herbicidy toho využívají tím, že inhibují enzymy zapojené do syntézy aromatických aminokyselin, čímž se stávají toxickými pro rostliny, ale ne pro zvířata (Healy-Fried et al., 2007).

U zvířat a lidí slouží aromatické aminokyseliny jako prekurzory pro syntézu mnoha biologicky/neurologicky aktivních sloučenin, které jsou nezbytné pro udržení normálních biologických funkcí. Tyrosin je výchozím prekurzorem pro biosyntézu dopy, dopaminu, oktopaminu, noradrenalinu a adrenalinu atd. které jsou pro zvířata a člověka zásadní tím, že fungují jako neurotransmitery nebo hormony (Vavřička et al., 2010). Kromě toho je tyrosin prekurzorem pro syntézu melaninu u většiny organismů včetně lidí a zvířat a je zvláště důležitý pro ochranu hmyzu (Whitten a Coates, 2017). Tryptofan je výchozím prekurzorem pro biosyntézu tryptaminu, serotoninu, auxinu, kynureninů a melatoninu (Hardeland a Poeggeler, 2003; Mukherjee a Maitra, 2015). Kynurenová kyselina, kynurenin, vznikající cestou tryptofan-kynurenin, je antagonistou na receptorech excitačních aminokyselin a hraje roli při ochraně neuronů před nadměrnou stimulací excitačními neurotransmitery (Han et al., 2008). Mnoho enzymů zapojených do metabolismu aromatických aminokyselin se stalo cílovými léčivy pro choroby včetně neurodegenerativních onemocnění, schizofrenie a rakoviny (Stone a Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Kromě toho, protože zvířata nebo lidé, kteří nemají enzymatický mechanismus pro de novo syntézu aromatických aminokyselin, musí tyto primární metabolity získávat ze stravy, je metabolismus aromatických aminokyselin hostitelským zvířetem i rezidentní mikroflórou důležitý pro zdraví lidí a všech zvířat. Mezi řadu metabolitů na rozhraní mezi těmito mikroorganismy a hostitelem patří esenciální aromatická aminokyselina tryptofan (Agus et al., 2018).

Potěšily nás aktualizované informace o metabolismu aromatických aminokyselin zahrnuté v článcích našeho výzkumného tématu. Celkově lze říci, že články, které jsme k tomuto tématu obdrželi: „Metabolismus aromatických aminokyselin“, včetně souboru původních výzkumných a přehledových článků, poskytly aktualizované informace týkající se metabolismu aromatických aminokyselin a zabývaly se jejich syntézou a katabolismem u rostlin a mikrobů, metabolickými enzymy u zvířat a lidí a vztahy mezi strukturou a funkcí enzymů zapojených do metabolismu.

Přehled Parthasarathyho a kol. zařazený do tohoto tématu popisuje biosyntetické cesty aromatických aminokyselin u rostlin a mikrobů, katabolismus u rostlin, degradaci monoaminovou a kynureninovou cestou u zvířat a katabolismus 3-aryllaktátovou a kynureninovou cestou u mikrobů spojených se zvířaty. L-Tyrosin je aromatická aminokyselina syntetizovaná de novo u rostlin a mikrobů dvěma alternativními cestami zprostředkovanými enzymem rodiny TyrA, prefenátem, respektive arogenátdehydrogenázou, které se obvykle vyskytují u mikrobů a rostlin. Ve výzkumném článku Schencka a kol. bylo odhaleno, že bakteriální homology, blízce příbuzné rostlinným TyrA, mají rovněž kyselý zbytek v poloze 222 a aktivitu arogenátdehydrogenázy jako rostlinný enzym, což naznačuje, že během evoluce arogenátově specifických TyrAa u rostlin i mikrobů fungoval konzervovaný molekulární mechanismus. Tryptofan je další aromatická aminokyselina, která může být oxidována tryptofan 2,3-dioxygenázou a indoleamin 2,3-dioxygenázou v počátečním kroku katabolismu tryptofanu u zvířat a lidí. Ačkoli tyto dva enzymy katalyzují stejnou reakci, sestavení katalyticky aktivních, ternárních komplexů enzym-substrát-ligand není dosud zcela vyřešeno. Nienhaus a Nienhaus shrnuli současné poznatky o tvorbě ternárních komplexů u tryptofan 2,3-dioxygenázy a indoleamin 2,3-dioxygenázy a dali tyto poznatky do souvislosti se strukturními zvláštnostmi jejich aktivních míst. Aromatické aminokyseliny mohou být také oxidovány fenylalaninovou, tyrosinovou nebo tryptofanovou hydroxylasou a poté dekarboxylovány dekarboxylasami aromatických aminokyselin za vzniku aromatických monoaminů. N-acylace aromatických monoaminů arylalkylamin N-acyltransferázami je většinou spojena s acetylací serotoninu za vzniku N-acetylserotoninu, prekurzoru při tvorbě melatoninu (Hardeland a Poeggeler, 2003; Mukherjee a Maitra, 2015). Hmyz exprimuje více arylalkylaminových N-acyltransferáz za účelem regulace metabolismu aromatických aminokyselin (Hiragaki et al., 2015). Například u Aedes aegypti bylo identifikováno 13 předpokládaných arylalkylamin N-acyltransferáz (Han et al., 2012) a u Drosophila melanogaster bylo identifikováno 8 předpokládaných arylalkylamin N-acyltransferáz (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. poukázali na současné metabolomické znalosti N-acylovaných aromatických aminokyselin a N-acylovaných derivátů aromatických aminokyselin, na současné mechanistické poznatky o arylalkylamin N-acyltransferázách a zkoumali možnost, že arylalkylamin N-acyltransferázy slouží jako hmyzí „rhymezy“ regulující fotoperiodismus a další rytmické procesy u hmyzu.

Metabolismus aromatických aminokyselin zahrnuje také některé enzymy závislé na pyridoxal 5′-fosfátu, včetně dekarboxyláz, aminotransferáz a aromatické fenylacetaldehyd syntázy. V posledním přehledovém článku tohoto zvláštního čísla Liang a kol. poskytli aktualizované poznatky o enzymech závislých na pyridoxal 5′-fosfátu a shrnuli strukturní faktory, které se podílejí na reakčních mechanismech, zejména zbytky aktivního místa, které jsou kritické pro určení specifičnosti reakce.

.