A Three-Ring Circus: Metabolism of the Three Proteogenic Aromatic Amino Acids and Their Role in the Health of Plants and Animals

Resumo

Tirosina, fenilalanina e triptofano são os três aminoácidos aromáticos (AAA)  envolvidos na síntese de proteínas. Esses aminoácidos e seu metabolismo estão ligados a a síntese de uma variedade de metabólitos secundários, um subconjunto dos quais estão envolvidos em numerosas vias anabólicas responsáveis pela síntese de compostos de pigmentos, hormônios vegetais e polímeros biológicos, para citar alguns. Além disso, esses metabólitos derivados das vias AAA medeiam a transmissão de sinais nervosos, extinguem espécies reativas de oxigênio no cérebro e estão envolvidas na vasto grupo de animais. O AAA e seus metabólitos também têm papéis integrais na saúde de plantas e animais. Esta revisão delineia a biossíntese de novo do AAA por micróbios e plantas, e a ramificação do metabolismo de AAA nas principais vias metabólicas secundárias em plantas, como via fenilpropanóide. Organismos que não possuem a maquinaria enzimática
para a síntese de novo de AAA deve-se obter esses metabólitos primários de seus dieta. Portanto, o metabolismo do AAA pelo animal hospedeiro e pela microflora residentesão importantes para a saúde de todos os animais. Além disso, o AAA mediado por metabólitos interações patógeno-hospedeiro em geral, bem como potenciais benefícios e danos Compostos derivados de AAA produzidos por bactérias intestinais são discutidos. Apesar de Vias biossintéticas de AAA em plantas e micróbios, como a via do chiquimato
e a via do triptofano, esta revisão também trata do catabolismo do AAA em plantas,
Degradação de AAA através das vias de monoamina e quinurenina em animais, e AAA
catabolismo através das vias 3-arilactato e quinurenina em micróbios associados a animais.
A ênfase será colocada em aspectos estruturais e funcionais de vários principais AAA relacionados
enzimas, como chiquimato sintase, corismato mutase, antranilato sintase, triptofano sintase, tirosina aminotransferase, dopacromo tautomerase, radical desidratase e CoA-transferase tipo III. O desenvolvimento passado e o potencial atual para intervenções, incluindo o desenvolvimento de herbicidas e antibióticos que visam os principais enzimas nas vias relacionadas ao AAA, bem como no metabolismo secundário ligado ao AAA, levando aos antimicrobianos também são discutidos.

Abstract

Tyrosine, phenylalanine and tryptophan are the three aromatic amino acids (AAA)
involved in protein synthesis. These amino acids and their metabolism are linked to
the synthesis of a variety of secondary metabolites, a subset of which are involved
in numerous anabolic pathways responsible for the synthesis of pigment compounds,
plant hormones and biological polymers, to name a few. In addition, these metabolites
derived from the AAA pathways mediate the transmission of nervous signals, quench
reactive oxygen species in the brain, and are involved in the vast palette of animal
coloration among others pathways. The AAA and metabolites derived from them also
have integral roles in the health of both plants and animals. This review delineates
the de novo biosynthesis of the AAA by microbes and plants, and the branching out
of AAA metabolism into major secondary metabolic pathways in plants such as the
phenylpropanoid pathway. Organisms that do not possess the enzymatic machinery
for the de novo synthesis of AAA must obtain these primary metabolites from their
diet. Therefore, the metabolism of AAA by the host animal and the resident microflora
are important for the health of all animals. In addition, the AAA metabolite-mediated
host-pathogen interactions in general, as well as potential beneficial and harmful
AAA-derived compounds produced by gut bacteria are discussed. Apart from the
AAA biosynthetic pathways in plants and microbes such as the shikimate pathway
and the tryptophan pathway, this review also deals with AAA catabolism in plants,
AAA degradation via the monoamine and kynurenine pathways in animals, and AAA
catabolismvia the 3-aryllactate and kynurenine pathways in animal-associatedmicrobes.
Emphasis will be placed on structural and functional aspects of several key AAA-related
enzymes, such as shikimate synthase, chorismate mutase, anthranilate synthase,
tryptophan synthase, tyrosine aminotransferase, dopachrome tautomerase, radical
dehydratase, and type III CoA-transferase. The past development and current potential
for interventions including the development of herbicides and antibiotics that target key
enzymes in AAA-related pathways, as well as AAA-linked secondary metabolism leading
to antimicrobials are also discussed.