تمام زندگی به جریان ثابت متابولیت هایی بستگی دارد که بلوک های ساختمانی و همچنین انرژی و کاهش قدرت رشد، رشد و نمو، و تولید مثل را فراهم می کنند. علاوه بر نقش آنها در بیوشیمی، واسطه های متابولیکی نیز می توانند به عنوان مولکول های سیگنال دهنده به شبکه پیچیده نظارتی کمک کنند که در نهایت بیان ژن ها را به نیازهای تغییر یافته در طول چرخه زندگی، و یا به عنوان پاسخ به محیط تغییری، سازگار می کنند. در این بررسی ما بر اعمال دوگانه آمینو اسیدهای خاص و مشتقات آنها به عنوان واسطه های متابولیکی/ محصولات نهایی و مولکول های سیگنالینگ، تمرکز کرده ایم. چنین اعمال دوگانه ای به خوبی در زمینه پزشکی پستانداران ثبت شده اند و شواهدی برای اعمال مشابه ای که در سیستم های گیاهی هستند، وجود دارد.
اخیرا نشان داده شده است که سرین اسید آمینه، به عنوان کنترل کننده سیگنال تکثیر سلول های سرطانی پستانداران عمل می کند (1، 2). همانطور که تقاضا برای مواد مغذی در سلول هایی با رشد سریع، بالا است، حالت تغذیه ای سلول، میزان تکثیر سلول را مشخص می کند. در گیاهان، بیوسنتز جدید سرین در بافت هایی با رشد سریع مانند مریستم ها، فعالیت زیادی دارد (3) که این امر نشان دهنده ی نقش مشابه سرین به عنوان مولکول سیگنال دهنده در گیاهان است.
به همین ترتیب، اسید گلوتامیک مشتق شده از گلوتامات در مغز پستانداران (GABA)، یک نوروترانسمیتر مهاری است که اثرات سیگنالینگ را پس از اتصال به رسپتورهای خاصی، اعمال می کند (4). در گیاهان، شواهدی برای مسیرهای انتقال سیگنال وابسته به GABA وجود دارند که نیاز به یک توصیف مفصل دارند.
علاوه بر نقش آنها به عنوان پروتئین ها، آمینو اسیدهای آروماتیک فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان، پیش سازهایی برای ساخت انواع مختلف محصولات ثانویه (5،6) در میان ترکیبات آنها با اعمال سیگنال دهی هستند. برای مثال مسیر فنیل پروپانوئید، با تحویل فنیل آلانین، و گلوکوزید الکل دهیدرودی کونیفریل نئو لیگنان (DCG)، که اعمال اثرات شبه سیتوکینین ها در گیاهان را نشان می دهد، شروع می شود(9-7). به همین ترتیب، آمین ها و پلی آمین های مشتق شده از اسید آمینه آرژنین، همراه با فنیل پروپانوئید P-کوماریک اسید در سنتز آمیدهای اسید هیدروکسی سینامیک (HCAAs) همگرا می شوند. HCAAs در پاسخ های مربوط به تنش و پاتوژن دخیل است و ممکن است به عنوان مولکولهای سیگنال دهنده در طول فرایندهای رشد و نموی عمل کنند (10).
شکل 1 مروری را بر مسیرهای کاتابولیک و آنابولیک در یک سلول مزوفیل که شامل نقاط شاخه ای هستند که منجر به سیگنال های متابولیکی آنها می شود و در این بررسی برجسته شده است. در مقابل کاتابولیسم، که عمدتا در سیتوزول یا میتوکندری انجام می شود، اکثر توالی های واکنش آنابولیکی در پلاستید استروما آغاز می شوند. کلروپلاست ها، مکان های جذب دی اکسیدکربن، آمونیاک و سولفور یا گوگرد هستند و انواع مسیرهای منتهی به بیوسنتز ساخت بلوک های شبه اسیدهای چرب (11)، آمینو اسیدهای آروماتیک (5،6)، آمینو اسیدهای شاخه دار (12)، ایزوپرونوئیدها از طریق مسیر مستقل از موالونات (مسیر متیل اریتریتول -4 فسفات (13)؛ سرین (3، 14)؛ و آرژنین (15)) را دارند. بدیهی است که گلیکولیتیک واسطه فسفوانول پیروات (PEP)، نقش مرکزی را در کاتابولیسم و آنابولیسم (16) بازی می کند و از این رو در تولید مولکول های سیگنال دهنده مشتق از آمینو اسید نیز نقش دارد.
در این بررسی، اعمال دوگانه و چندگانه سرین، گابا، نئولیگنان شبه DCG و همچنین HCAAs را با توجه به متابولیسم و سیگنالینگ، آشنا می کنیم. گیاهان جهش یافته در بیوسنتز اسیدهای آمینه یا محصولات پایین دست دچار اختلال هستند که این امر ممکن است به تشریح دخالت یا حضور متابولیسم اسید آمینه در فرایند سیگنالینگ سلولی کمک کند.