The study of aspartate metabolic pathway: a description of various biochemical and genetic engineering techniques

Esta pesquisa bibliográfica teve o propósito de elucidar a via do acido aspártico, apontando como fonte deste estudo os cereais. O objetivo principal desta pesquisa consistiu em estudar a via do acido aspártico, visando descrever uma variedade de técnicas de engenharia genética e bioquímicas que podem ser empregadas para aumentar a qualidade nutricional de cereais, podendo, assim, compreender o que acarreta o aumento do acumulo de lisina, metionina e treonina nos grãos para suprir essa necessidade na formação de uma proteína balanceada nutricionalmente. Foi realizada uma busca exaustiva em bases de dados Google Scholar, Portal Capes, ISI web of Science, no período de publicação de 1970 a 2012. Foram adotados textos de referencia internacional e nacional. Esta pesquisa foi dividida em três etapas: via do acido aspártico e seus aminoácidos derivados em plantas superiores de 1970 a 1997, via metabólica do acido aspártico no período de 1997 a 2006 e estratégias interessantes para aumentar o nível dos aminoácidos essenciais da via do acido aspártico em plantas no período de 2006 ate o momento. A primeira etapa foi desenvolvida relatando o acido aspártico como precursor dos aminoácidos essenciais: metionina, lisina, treonina e isoleucina. Entre os essenciais, a lisina e um dos mais estudados devido a escassez em muitos cereais, o que contribuiu para o estudo extensivo da via do acido aspártico, revelando, assim, a importância da aspartato quinase (AK), homoserina desidrogenase (HSDH) e dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) como enzimas chaves para a regulação da síntese de lisina. A aspartato quinase (AK) exerce um controle sobre via do acido aspártico. A enzima dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) regula a síntese de lisina. Na segunda etapa foi apresentada a importância dos aminoácidos sintetizados nas plantas através de complexas vias metabólicas que são controladas por enzimas, intermediários, substratos e aminoácidos. Este estudo também relata os aspectos importantes para uma melhor compreensão da síntese e o acumulo de aminoácidos solúveis e incorporados em proteínas. A terceira etapa foi apresentar estratégias interessantes para utilização em estudos, visando aumentar o nível de aminoácidos essenciais através da manipulação de genes já existentes, como também a introdução de genes estranhos nas plantas. Devido a importância nutricional, essa via tem sido extensivamente estudada, utilizando técnicas de engenharia genética e bioquímica. Pesquisadores tem apresentado esforços considerados no estudo desta via a fim de contribuir para futuras manipulações genéticas, cujo objetivo e produzir plantas com alto conteúdo de lisina, metionina e treonina.The aim of this research was to elucidate the aspartate metabolic pathway using grains of cereal as a source of study. Therefore, it was necessary to understand the aspartate metabolic pathway in order to depict various biochemical and genetic techniques which can be used to enhance the nutritional value in cereals. After studying theses issues, it was possible to understand the results of having cereals with a high lysine, methionine, and threonine content, so that grains can have balanced protein content. For that reason, an exhaustive research was done by using international and national scientific data published in 1970 to 2012. These data were found in Google Scholar, Portal Capes, and ISI Web of Science. This research was divided in three parts: studies of aspartate metabolic pathway and their essential amino acids derived from plants published in 1970 to 1997, studies of aspartate metabolic pathway published in the period of 1997 to 2006, and interesting strategies to enhance the level of essential amino acids of the aspartate metabolic pathway in plants from 2006 to this moment. Firstly, this investigation reported about the aspartic acid as a precursor of essential amino acids such as methionine, lysine, threonine, and isoleucyne. Among the essential amino acids, lysine has been the most researched due to its lack in many kinds of grains. Needless to say, it has contributed to the intensive study showing the relevancy of aspartate kinase (AK), homoserine dehydrogenase (HSDH), dihydrodipicolinate synthase (DHDPS), as key enzymes for lysine regulation. The aspartate kinase (AK) has an important role on the aspartate metabolic pathway, meanwhile the dihydrodipicolinate synthase (DHDPS) is intrinsically involved on lysine synthesis regulation. Secondly, this investigation presented the importance of the amino acids which are synthesized by plants through metabolic pathways that are controlled by enzymes, intermediates, substrates, and amino acids. In addition, this research reported relevant aspects whereby scientists can improve their understanding about the synthesis and accumulation of soluble amino acids which are incorporated in proteins. Finally, the third part showed interesting strategies which can be used in future researches in order to increase not only the level of essential amino acids by manipulating genes, but also the introduction of odd genes in plants. Given the nutritional relevancy, this pathway has been extensively investigated by using techniques used by biochemical and genetic engineering. Hence, researchers have demonstrated a considerable effort on this matter contributing for future genetic manipulations, so that plants with high lysine, methionine, and threonine content can be produced