Edytka: Aromatic Amino Acid Metabolism | Grain of sound

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 celem leków w chorobach, w tym w chorobach neurodegeneracyjnych, schizofrenii i nowotworach (Stone i Darlington, 2013; Selvan i in., 2016).

Dodatkowo, 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: „Metabolizm aminokwasów aromatycznych”, w tym zbiór oryginalnych artykułów badawczych i przeglądowych, dostarczyły zaktualizowanych informacji dotyczących metabolizmu aminokwasów aromatycznych i dotyczyły ich syntezy i katabolizmu w roślinach i mikrobach, enzymów metabolicznych u zwierząt i ludzi oraz zależności 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. przedstawili 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.

.