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Selenocisteína

La selenocisteína (símbolo Sec o U , [4] en publicaciones anteriores también como Se-Cys ) [5] es el aminoácido proteinogénico número 21 . Las selenoproteínas contienen residuos de selenocisteína. La selenocisteína es un análogo de la cisteína más común con selenio en lugar de azufre .

La selenocisteína está presente en varias enzimas (por ejemplo, glutatión peroxidasas , tetrayodotironina 5' desyodinasas , tiorredoxina reductasas , formiato deshidrogenasas , glicina reductasas , selenofosfato sintetasa 2, metionina- R -sulfóxido reductasa B1 ( SEPX1 ) y algunas hidrogenasas ). Ocurre en los tres dominios de la vida , incluidas importantes enzimas (enumeradas anteriormente) presentes en los humanos. [6]

La selenocisteína fue descubierta en 1974 [7] por la bioquímica Thressa Stadtman en los Institutos Nacionales de Salud . [8]

Química

La selenocisteína es el análogo Se de la cisteína. Rara vez se encuentra fuera del tejido vivo (y no está disponible comercialmente) porque es muy susceptible a la oxidación del aire. Más común es el derivado oxidado selenocistina , que tiene un enlace Se-Se. [9] Tanto la selenocisteína como la selenocistina son sólidos blancos. El grupo Se-H es más ácido ( p K a = 5,43 [3] ) que el grupo tiol; por tanto, se desprotona a pH fisiológico . [10]

Estructura

La selenocisteína tiene la misma estructura que la cisteína , pero con un átomo de selenio en lugar del azufre habitual. Tiene un grupo selenol . Al igual que otros aminoácidos proteinogénicos naturales, la cisteína y la selenocisteína tienen quiralidad L en la notación D / L más antigua basada en la homología con D- y L - gliceraldehído . En el sistema R / S más nuevo para designar quiralidad, basado en los números atómicos de los átomos cerca del carbono asimétrico, tienen quiralidad R , debido a la presencia de azufre o selenio como segundo vecino del carbono asimétrico. Los aminoácidos quirales restantes, que sólo tienen átomos más ligeros en esa posición, tienen quiralidad S. )

Las proteínas que contienen un residuo de selenocisteína se llaman selenoproteínas . La mayoría de las selenoproteínas contienen un único residuo de selenocisteína. Las selenoproteínas que exhiben actividad catalítica se denominan selenoenzimas. [11]

Biología

La selenocisteína tiene un potencial de reducción menor que la cisteína. Estas propiedades lo hacen muy adecuado en proteínas que intervienen en la actividad antioxidante . [12]

Aunque se encuentra en los tres dominios de la vida , no es universal en todos los organismos. [13] A diferencia de otros aminoácidos presentes en las proteínas biológicas , la selenocisteína no está codificada directamente en el código genético . [14] En cambio, está codificado de una manera especial por un codón UGA , que normalmente es el codón de parada "ópalo" . Este mecanismo se denomina recodificación traduccional [15] y su eficacia depende de la selenoproteína que se sintetiza y de los factores de iniciación de la traducción . [16] Cuando las células se cultivan en ausencia de selenio, la traducción de las selenoproteínas termina en el codón UGA, lo que da como resultado una enzima truncada y no funcional. El codón UGA codifica selenocisteína mediante la presencia de una secuencia de inserción de selenocisteína (SECIS) en el ARNm . El elemento SECIS se define por secuencias de nucleótidos características y patrones de emparejamiento de bases de estructura secundaria. En las bacterias , el elemento SECIS normalmente se ubica inmediatamente después del codón UGA dentro del marco de lectura de la selenoproteína. [17] En Archaea y en eucariotas , el elemento SECIS se encuentra en la región 3' no traducida (3' UTR) del ARNm y puede dirigir múltiples codones UGA para codificar residuos de selenocisteína. [18]

A diferencia de los otros aminoácidos, no existe una reserva libre de selenocisteína en la célula. Su alta reactividad provocaría daño a las células. [19] En cambio, las células almacenan selenio en la forma oxidada menos reactiva, selenocistina, o en forma metilada, selenometionina. La síntesis de selenocisteína se produce en un ARNt especializado , que también funciona para incorporarlo a polipéptidos nacientes.

La estructura primaria y secundaria del ARNt específico de selenocisteína, tRNA Sec , difiere de la de los ARNt estándar en varios aspectos, sobre todo en que tiene un par de 8 bases (bacterias) o 10 pares de bases (eucariotas) [ Archaea? ] tallo aceptor, un brazo largo de región variable y sustituciones en varias posiciones de base bien conservadas. Los ARNt de selenocisteína se cargan inicialmente con serina mediante la seril-ARNt ligasa , pero el Ser-ARNt Sec resultante no se utiliza para la traducción porque no es reconocido por el factor de elongación de traducción normal ( EF-Tu en bacterias, eEF1A en eucariotas). [ ¿Arqueas? ]

Más bien, el residuo serilo unido al ARNt se convierte en un residuo de selenocisteína mediante la enzima selenocisteína sintasa que contiene fosfato de piridoxal . En eucariotas y arqueas, se requieren dos enzimas para convertir el residuo serilo unido al ARNt en un residuo selenocisteinilo de ARNt: PSTK ( O -fosfoseril-ARNt[Ser]Sec quinasa) y selenocisteína sintasa. [20] [21] Finalmente, el Sec-tRNA Sec resultante se une específicamente a un factor de elongación traduccional alternativo (SelB o mSelB (o eEFSec)), que lo entrega de manera dirigida a los ribosomas que traducen los ARNm para selenoproteínas. La especificidad de este mecanismo de administración se debe a la presencia de un dominio proteico adicional (en bacterias, SelB) o una subunidad adicional ( SBP2 para mSelB/eEFSec eucariotas) [ Archaea? ] que se unen a las estructuras secundarias de ARN correspondientes formadas por los elementos SECIS en los ARNm de selenoproteínas.

La selenocisteína es descompuesta por la enzima selenocisteína liasa en L - alanina y seleniuro. [22]

En 2021 , se sabe que 136 proteínas humanas (en 37 familias) contienen selenocisteína (selenoproteínas). [23]

Los derivados de selenocisteína γ-glutamil- Se -metilselenocisteína y Se -metilselenocisteína se encuentran naturalmente en plantas de los géneros Allium y Brassica . [24]

Aplicaciones

Las aplicaciones biotecnológicas de la selenocisteína incluyen el uso de 73 Se-label Sec (vida media de 73 Se = 7,2 horas) en estudios de tomografía por emisión de positrones (PET) y 75 Se-label Sec (vida media de 75 Se = 118,5 días) en estudios específicos. radiomarcaje , facilitación de la determinación de fase mediante difracción anómala de múltiples longitudes de onda en cristalografía de rayos X de proteínas mediante la introducción de Sec sola, o Sec junto con selenometionina (SeMet), e incorporación del isótopo estable 77 Se, que tiene un espín nuclear de1/2y puede usarse para RMN de alta resolución , entre otros. [6]

Ver también

Referencias

  1. ^ Índice Merck , 12.ª edición, 8584
  2. ^ Huber RE, Criddle RS (1 de octubre de 1967). "Comparación de las propiedades químicas de la selenocisteína y la selenocistina con sus análogos de azufre". Archivos de Bioquímica y Biofísica . 122 (1): 164-173. doi :10.1016/0003-9861(67)90136-1. ISSN  0003-9861. PMID  6076213.
  3. ^ ab Thapa B, Schlegel HB (10 de noviembre de 2016). "Cálculo teórico de p K a de selenoles en solución acuosa utilizando un modelo de solvatación implícita y moléculas de agua explícitas". La Revista de Química Física A. 120 (44): 8916–8922. Código Bib : 2016JPCA..120.8916T. doi : 10.1021/acs.jpca.6b09520. ISSN  1089-5639. PMID  27748600.
  4. ^ "Nomenclatura y simbolismo de aminoácidos y péptidos". Comisión Conjunta IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioquímica. 1983. Archivado desde el original el 9 de octubre de 2008 . Consultado el 5 de marzo de 2018 .
  5. ^ "Comisión Conjunta IUPAC-IUBMB sobre Nomenclatura Bioquímica (JCBN) y Comité de Nomenclatura de IUBMB (NC-IUBMB)". Revista europea de bioquímica . 264 (2): 607–609. 17 de agosto de 1999. doi :10.1046/j.1432-1327.1999.news99.x.
  6. ^ ab Johansson L, Gafvelin G, Arnér ES (octubre de 2005). "Selenocisteína en proteínas: propiedades y uso biotecnológico". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 1726 (1): 1–13. doi :10.1016/j.bbagen.2005.05.010. hdl : 10616/39311 . PMID  15967579.
  7. ^ "Stadtman pionero de la bioquímica del selenio - Oficina de Historia de los NIH y Museo de Stetten". historia.nih.gov . Consultado el 6 de abril de 2023 .
  8. ^ Stadtman TC (marzo de 1974). "Bioquímica del selenio". Ciencia . 183 (4128): 915–22. Código Bib : 1974 Ciencia... 183.. 915S. doi : 10.1126/ciencia.183.4128.915. PMID  4605100. S2CID  84982102.
  9. ^ Görbitz CH, Levchenko V, Semjonovs J, Sharif MY (2015). "Estructura cristalina del diclorhidrato de seleno-L-cistina". Acta Crystallogr. mi . 71 (6): 726–729. Código Bib : 2015AcCrE..71..726G. doi :10.1107/S205698901501021X. PMC 4459342 . PMID  26090162. 
  10. ^ Reich HJ, Hondal RJ (abril de 2016). "Por qué la naturaleza eligió el selenio". Biología Química ACS . 11 (4): 821–841. doi :10.1021/acschembio.6b00031. PMID  26949981.
  11. ^ Roy G, Sarma BK, Phadnis PP, Mugesh G (2005). "Enzimas que contienen selenio en mamíferos: perspectivas químicas" (PDF) . Revista de Ciencias Químicas . 117 (4): 287–303. doi : 10.1007/BF02708441 . S2CID  32351033.
  12. ^ Byun BJ, Kang YK (mayo de 2011). "Preferencias conformacionales y valor de pK (a) del residuo de selenocisteína". Biopolímeros . 95 (5): 345–53. doi :10.1002/bip.21581. PMID  21213257. S2CID  11002236.
  13. ^ Longtin R (abril de 2004). "Un debate olvidado: ¿es la selenocisteína el aminoácido número 21?". Revista del Instituto Nacional del Cáncer . 96 (7): 504–5. doi : 10.1093/jnci/96.7.504 . PMID  15069108.
  14. ^ Böck A, Forchhammer K, Heider J, Baron C (diciembre de 1991). "Síntesis de selenoproteínas: una expansión del código genético". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 16 (12): 463–7. doi :10.1016/0968-0004(91)90180-4. PMID  1838215.
  15. ^ Baranov PV, Gesteland RF, Atkins JF (marzo de 2002). "Recodificación: bifurcaciones traduccionales en la expresión génica". Gen.​ 286 (2): 187–201. doi :10.1016/S0378-1119(02)00423-7. PMID  11943474. S2CID  976337.
  16. ^ Donovan J, Copeland PR (julio de 2010). "La eficacia de la incorporación de selenocisteína está regulada por factores de iniciación de la traducción". Revista de biología molecular . 400 (4): 659–64. doi :10.1016/j.jmb.2010.05.026. PMC 3721751 . PMID  20488192. 
  17. ^ Atkins, JF (2009). Recodificación: la expansión de las reglas de decodificación enriquece la expresión genética. Saltador. pag. 31.ISBN​ 978-0-387-89381-5.
  18. ^ Berry MJ, Banu L, Harney JW, Larsen PR (agosto de 1993). "Caracterización funcional de los elementos SECIS eucariotas que dirigen la inserción de selenocisteína en los codones UGA". La Revista EMBO . 12 (8): 3315–22. doi :10.1002/j.1460-2075.1993.tb06001.x. PMC 413599 . PMID  8344267. 
  19. ^ Spallholz JE (julio de 1994). "Sobre la naturaleza de la toxicidad del selenio y la actividad carcinostática". Biología y Medicina de los Radicales Libres . 17 (1): 45–64. doi :10.1016/0891-5849(94)90007-8. PMID  7959166.
  20. ^ Xu XM, Carlson BA, Mix H, Zhang Y, Saira K, Glass RS, Berry MJ, Gladyshev VN, Hatfield DL (enero de 2007). "Biosíntesis de selenocisteína sobre su ARNt en eucariotas". Más biología . 5 (1): e4. doi : 10.1371/journal.pbio.0050004 . PMC 1717018 . PMID  17194211. 
  21. ^ Yuan J, Palioura S, Salazar JC, Su D, O'Donoghue P, Hohn MJ, Cardoso AM, Whitman WB, Söll D (diciembre de 2006). "La conversión de fosfoserina dependiente de ARN forma selenocisteína en eucariotas y arqueas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (50): 18923–7. Código Bib : 2006PNAS..10318923Y. doi : 10.1073/pnas.0609703104 . PMC 1748153 . PMID  17142313. 
  22. ^ Labunskyy VM, Hatfield DL, Gladyshev VN (julio de 2014). "Selenoproteínas: vías moleculares y funciones fisiológicas". Revisiones fisiológicas . 94 (3): 739–77. doi :10.1152/physrev.00039.2013. PMC 4101630 . PMID  24987004. 
  23. ^ Romagné F, Santesmasses D, White L, Sarangi GK, Mariotti M, Hübler R, Weihmann A, Parra G, Gladyshev VN, Guigó R, Castellano S (enero de 2014). "SelenoDB 2.0: anotación de genes de selenoproteínas en animales y su diversidad genética en humanos". Investigación de ácidos nucleicos . 42 (Problema de base de datos): D437-43. doi : 10.1093/nar/gkt1045. PMC 3965025 . PMID  24194593. [1]
  24. ^ Bloquear, E. (2010). Ajo y otros Alliums: la tradición y la ciencia. Real Sociedad de Química. ISBN 978-0-85404-190-9.

Otras lecturas

enlaces externos

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