Abstract Ectoine and its derivative 5-hydroxyectoine are compatible solutes and chemical chaperones widely synthesized by Bacteria and some Archaea as cytoprotectants during osmotic stress and high- or low-growth temperature extremes. The function-preserving attributes of ectoines led to numerous biotechnological and biomedical applications and fostered the development of an industrial scale production process. Synthesis of ectoines requires the expenditure of considerable energetic and biosynthetic resources. Hence, microorganisms have developed ways to exploit ectoines as nutrients when they are no longer needed as stress protectants. Here, we summarize our current knowledge on the phylogenomic distribution of ectoine producing and consuming microorganisms. We emphasize the structural enzymology of the pathways underlying ectoine biosynthesis and consumption, an understanding that has been achieved only recently. The synthesis and degradation pathways critically differ in the isomeric form of the key metabolite N-acetyldiaminobutyric acid (ADABA). γ-ADABA serves as preferred substrate for the ectoine synthase, while the α-ADABA isomer is produced by the ectoine hydrolase as an intermediate in catabolism. It can serve as internal inducer for the genetic control of ectoine catabolic genes via the GabR/MocR-type regulator EnuR. Our review highlights the importance of structural enzymology to inspire the mechanistic understanding of metabolic networks at the biological scale.

中文翻译：

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四氢嘧啶的起伏：主要微生物胁迫保护剂和多功能营养素的结构酶学

摘要 Ectoine 及其衍生物 5-hydroxyectoine 是细菌和一些古生菌广泛合成的相容性溶质和化学分子伴侣，作为渗透胁迫和高或低生长温度极端条件下的细胞保护剂。四氢嘧啶的功能保留特性导致了许多生物技术和生物医学应用，并促进了工业规模生产过程的发展。合成四氢嘧啶需要消耗大量的能量和生物合成资源。因此，当不再需要四氢嘧啶作为压力保护剂时，微生物已经开发出利用四氢嘧啶作为营养物质的方法。在这里，我们总结了我们目前对四氢嘧啶产生和消耗微生物的系统发育分布的了解。我们强调四氢嘧啶生物合成和消耗基础途径的结构酶学，这是最近才实现的理解。合成和降解途径在关键代谢物 N-乙酰二氨基丁酸 (ADABA) 的异构形式方面存在显着差异。γ-ADABA 作为四氢嘧啶合酶的首选底物，而 α-ADABA 异构体是由四氢嘧啶水解酶作为分解代谢的中间体产生的。它可以作为内部诱导剂，通过 GabR/MocR 型调节器 EnuR 对四氢嘧啶分解代谢基因进行遗传控制。我们的评论强调了结构酶学在生物尺度上激发对代谢网络机制理解的重要性。合成和降解途径在关键代谢物 N-乙酰二氨基丁酸 (ADABA) 的异构形式方面存在显着差异。γ-ADABA 作为四氢嘧啶合酶的首选底物，而 α-ADABA 异构体是由四氢嘧啶水解酶作为分解代谢的中间体产生的。它可以作为内部诱导剂，通过 GabR/MocR 型调节器 EnuR 对四氢嘧啶分解代谢基因进行遗传控制。我们的评论强调了结构酶学在生物尺度上激发对代谢网络机制理解的重要性。合成和降解途径在关键代谢物 N-乙酰二氨基丁酸 (ADABA) 的异构形式方面存在显着差异。γ-ADABA 作为四氢嘧啶合酶的首选底物，而 α-ADABA 异构体是由四氢嘧啶水解酶作为分解代谢的中间体产生的。它可以作为内部诱导剂，通过 GabR/MocR 型调节器 EnuR 对四氢嘧啶分解代谢基因进行遗传控制。我们的评论强调了结构酶学在生物尺度上激发对代谢网络机制理解的重要性。它可以作为内部诱导剂，通过 GabR/MocR 型调节器 EnuR 对四氢嘧啶分解代谢基因进行遗传控制。我们的评论强调了结构酶学在生物尺度上激发对代谢网络机制理解的重要性。它可以作为内部诱导剂，通过 GabR/MocR 型调节器 EnuR 对四氢嘧啶分解代谢基因进行遗传控制。我们的评论强调了结构酶学在生物尺度上激发对代谢网络机制理解的重要性。