The Synthesis and Role of β-Alanine in Plants

Resumo

A maioria dos estudos sobre aminoácidos concentra-se nos aminoácidos proteinogênicos, devido aos seus papéis essenciais na síntese de proteínas, entre outras vias. Além dos 20 aminoácidos onipresentes usados na síntese de proteínas, as plantas sintetizam mais de 250 aminoácidos não proteinogênicos que estão envolvidos na síntese de compostos que são anti-herbivoria, antimicrobianos, resposta a estresses abióticos, armazenamento de nitrogênio, toxinas contra ambos vertebrados/invertebrados e hormônios vegetais, entre outros. Um desses ácidos não proteinogênicos é a β-alanina, conhecida principalmente por estudos em humanos. A β-alanina faz parte do pantotenato (vitamina B5), que é incorporada aos compostos universais de transporte de carbono Coenzima A e proteína transportadora de acyl, em todos os organismos, incluindo plantas. O foco desta revisão, no entanto, está na biossíntese, no metabolismo e no papel da β-alanina nas plantas. Existem várias funções da β-alanina exclusivas das plantas. É acumulado como uma molécula genérica de resposta ao estresse envolvida na proteção das plantas de temperaturas extremas, hipóxia, seca, choque de metais pesados e alguns estresses bióticos. Há evidências de sua participação na biossíntese de lignina e produção de etileno em algumas espécies. É ainda convertido no composto osmoprotetor β-alanina betaína em algumas espécies e convertido no antioxidante homoglutationa em outras. As poliaminas espermina/espermidina, propionato e uracilo demonstraram ser precursoras de β-alanina em plantas. No entanto, as plantas variam em termos de suas vias biossintéticas, e o metabolismo primário da β-alanina está longe de ser estabelecido.

Abstract

Most studies on amino acids are focused on the proteinogenic amino acids given their essential roles in protein synthesis among other pathways. In addition to 20 ubiquitous amino acids used in protein synthesis, plants synthesize over 250 non-proteinogenic amino acids that are involved in the synthesis of compounds that are anti-herbivory, anti-microbial, response to abiotic stresses, nitrogen storage, toxins against both vertebrates/invertebrates, and plant hormones among others. One such non-proteinogenic acid is β-alanine, which is known mainly for studies on humans. β-Alanine forms a part of pantothenate (vitamin B5), which is incorporated into the universal carbon shuttling compounds Coenzyme A and acyl carrier protein, in all organisms including plants. The focus of this review, however, is on the biosynthesis, metabolism, and the role of β-alanine in plants. There are several functions of β-alanine unique to plants. It is accumulated as a generic stress response molecule involved in protecting plants from temperature extremes, hypoxia, drought, heavy metal shock, and some biotic stresses. There is evidence of its participation in lignin biosynthesis and ethylene production in some species. It is further converted to the osmoprotective compound β-alanine betaine in some species and converted to the antioxidant homoglutathione in others. The polyamines spermine/spermidine, propionate and uracil have been shown to be precursors of β-alanine in plants. However, plants vary in terms of their biosynthetic pathways, and the primary metabolism of β-alanine is far from settled.