Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Селеноцистеин (символ Sec или U , [2] в более ранних публикациях также как Se-Cys ) [3] является 21-й протеиногенной аминокислотой .

Селеноцистеин естественным образом существует во всех трех сферах жизни , но не во всех линиях, как строительный блок селенопротеинов . [4] селеноцистеин является цистеин аналога с селеном отработанного selenol группой в месте серы -содержащей тиольной группы.

Селеноцистеина присутствует в нескольких ферментах (например , глутатионпероксидазы , тетрайодтиронин 5 'deiodinases , тиоредоксин редуктазы , формиатдегидрогеназа , глицин редуктазы , selenophosphate синтетазы 2 , метионин - R -sulfoxide редуктаза В1 ( SEPX1 ), а некоторые гидрогенезисы ).

Селеноцистеин был открыт биохимиком Трессой Штадтман [5] в Национальном институте здравоохранения .

Биохимическая полезность селеноцистеина была описана биохимиком Робертом Хондалом ( Университет Вермонта ) и химиком Хансом Райхом ( Университет Висконсина-Мэдисона ). [6]

Структура [ править ]

Селеноцистеин имеет структуру, аналогичную структуре цистеина , но с атомом селена, занимающим место обычной серы, образуя селенольную группу, которая депротонируется при физиологическом pH . (Как и в других природных протеиногенных аминокислотах, цистеин и селеноцистеин имеют L хиральности в старших D / L обозначений на основе гомологии с D - и L - глицеральдегид В более поздней версии. R / S системы , обозначающая хиральность, на основе атомных номеров атомов рядом с асимметричным углеродом они имеютR хиральность из-за присутствия серы или селена в качестве второго соседа асимметричного углерода. Остальные хиральные аминокислоты, имеющие только более легкие атомы в этом положении, обладают S- хиральностью.)

Белки, содержащие один или несколько остатков селеноцистеина, называются селенопротеинами . Большинство селенопротеинов содержат один остаток селеноцистеина. Селенопротеины, зависящие от каталитической активности селеноцистеина, называются селеноферментами . [7] Было обнаружено, что в селеноферментах используются структуры каталитических триад, которые влияют на нуклеофильность селеноцистеина в активном центре. [ необходима цитата ]

Биология [ править ]

Селеноцистеина имеет как более низкую р К (5.43) и более низкий восстановительный потенциал , чем цистеин. Эти свойства делают его очень подходящим для белков, участвующих в антиоксидантной активности. [8]

Хотя он встречается в трех сферах жизни, он не универсален для всех организмов. [9] В отличие от других аминокислот, присутствующих в биологических белках , селеноцистеин не кодируется непосредственно в генетическом коде . [10] Вместо этого он кодируется особым образом с помощью кодона UGA , который обычно является стоп-кодоном . Такой механизм называется трансляционным перекодированием [11], и его эффективность зависит от синтезируемого селенопротеина и факторов инициации трансляции . [12]Когда клетки растут в отсутствие селена, трансляция селенопротеинов заканчивается на кодоне UGA, что приводит к усеченному нефункциональному ферменту. Кодон UGA кодирует селеноцистеин за счет присутствия в мРНК последовательности вставки селеноцистеина (SECIS) . Элемент SECIS определяется характерными нуклеотидными последовательностями и образцами спаривания оснований вторичной структуры. У бактерий элемент SECIS обычно располагается сразу после кодона UGA в пределах рамки считывания селенопротеина. [13] У архей и эукариот элемент SECIS находится в 3 'нетранслируемой области.(3 'UTR) мРНК и может направлять несколько кодонов UGA для кодирования остатков селеноцистеина. [14]

Опять же, в отличие от других аминокислот, в клетке не существует свободного пула селеноцистеина. Его высокая реактивность может вызвать повреждение клеток. [ оригинальное исследование? ] Вместо этого клетки хранят селен в менее реакционной окисленной форме, селеноцистин, или в метилированной форме, селенометионин. Синтез селеноцистеина происходит на специализированной тРНК , которая также функционирует, чтобы включить ее в формирующиеся полипептиды.

Первичная и вторичная структура селеноцистеин-специфической тРНК, тРНК Sec , отличается от стандартных тРНК по нескольким параметрам, в первую очередь наличием пары оснований из 8 (бактерии) или пары оснований из 10 (эукариоты) [ Archaea? ] акцепторный стержень, длинное плечо вариабельной области и замены в нескольких хорошо законсервированных положениях оснований. Селеноцистеиновые тРНК изначально заряжаются серином с помощью серил-тРНК-лигазы , но полученная Ser-тРНК Sec не используется для трансляции, потому что она не распознается нормальным фактором элонгации трансляции ( EF-Tu у бактерий, eEF1A у эукариот). [ Архея? ]

Скорее, связанный с тРНК сериловый остаток превращается в остаток селеноцистеина с помощью пиридоксальфосфатсодержащего фермента селеноцистеинсинтазы . У эукариот и архей для превращения тРНК-связанного серилового остатка в тРНК селеноцистеиниловый остаток требуются два фермента: PSTK ( O- фосфосерил-тРНК [Ser] Sec киназа) и селеноцистеинсинтаза. [15] [16] Наконец, полученный Sec-тРНК Secспецифически связан с альтернативным фактором удлинения трансляции (SelB или mSelB (или eEFSec)), который доставляет его целенаправленным образом к рибосомам, транслирующим мРНК для селенопротеинов. Специфичность этого механизма доставки обусловлена ​​наличием дополнительного белкового домена (у бактерий, SelB) или дополнительной субъединицы ( SBP2 для эукариотических mSelB / eEFSec) [ Archaea? ], которые связываются с соответствующими вторичными структурами РНК, образованными элементами SECIS в мРНК селенопротеинов.

Селеноцистеина разлагается под действием фермента селеноцистеин лиазы в L - аланин и селенида. [17]

По состоянию на 2016 год известно, что пятьдесят четыре белка человека содержат селеноцистеин (селенопротеины). [18]

Производные селеноцистеина γ-глутамил- Se- метилселеноцистеин и Se- метилселеноцистеин встречаются в природе в растениях родов Allium и Brassica . [19]

Приложения [ править ]

Биотехнологические применения селеноцистеина включают использование 73 Se-меченых Sec (период полураспада 73 Se = 7,2 часа) в исследованиях позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и 75 Se-меченных Sec (период полураспада 75 Se = 118,5 дней) в специфических исследованиях. радиоактивный , упрощение определения фазы путем многоволновой аномальной дифракции в рентгеновской кристаллографии белков путем введения Sec один, или вторы вместе с селенометионином (SEMET), и включением стабильных 77 Se изотопа, который имеет ядерный спин из1/2и может использоваться , среди прочего, для ЯМР высокого разрешения . [4]

См. Также [ править ]

  • Пирролизин , еще одна аминокислота, не входящая в основной набор из 20.
  • Селенометионин , еще одна селенсодержащая аминокислота, которая случайным образом замещает метионин.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Индекс Мерк , 12-е издание, 8584
  2. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов» . Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 .
  3. ^ «Совместная комиссия IUPAC-IUBMB по биохимической номенклатуре (JCBN) и Номенклатурный комитет IUBMB (NC-IUBMB)». Европейский журнал биохимии . 264 (2): 607–609. 17 августа 1999 г. doi : 10.1046 / j.1432-1327.1999.news99.x .
  4. ^ а б Йоханссон Л., Гафвелин Г., Арнер Э.С. (октябрь 2005 г.). «Селеноцистеин в белках - свойства и биотехнологическое использование». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 1726 (1): 1–13. DOI : 10.1016 / j.bbagen.2005.05.010 . ЛВП : 10616/39311 . PMID 15967579 . 
  5. ^ Stadtman ТС (март 1974 г.). «Биохимия селена». Наука . 183 (4128): 915–22. Bibcode : 1974Sci ... 183..915S . DOI : 10.1126 / science.183.4128.915 . PMID 4605100 . S2CID 84982102 .  
  6. ^ Reich HJ, Hondal RJ (апрель 2016). «Почему природа выбрала селен». ACS Химическая биология . 11 (4): 821–841. DOI : 10.1021 / acschembio.6b00031 . PMID 26949981 . 
  7. ^ Рой G, Сарма BK, Phadnis PP, Mugesh G (2005). «Селенсодержащие ферменты у млекопитающих: химические перспективы» (PDF) . Журнал химических наук . 117 (4): 287–303. DOI : 10.1007 / BF02708441 . S2CID 32351033 .  
  8. ^ Byun BJ, Кан YK (май 2011). «Конформационные предпочтения и значение pK (a) остатка селеноцистеина». Биополимеры . 95 (5): 345–53. DOI : 10.1002 / bip.21581 . PMID 21213257 . S2CID 11002236 .  
  9. ^ Longtin R (апрель 2004). «Забытый спор: селеноцистеин - это 21-я аминокислота?» . Журнал Национального института рака . 96 (7): 504–5. DOI : 10.1093 / JNCI / 96.7.504 . PMID 15069108 . 
  10. ^ Бёк А, Forchhammer К, Хайдер Дж, барон С (декабрь 1991). «Синтез селенопротеинов: расширение генетического кода». Направления биохимических наук . 16 (12): 463–7. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (91) 90180-4 . PMID 1838215 . 
  11. ^ Баранов П.В., Gesteland РФ, Atkins JF (март 2002). «Перекодирование: трансляционные бифуркации в экспрессии генов». Джин . 286 (2): 187–201. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (02) 00423-7 . PMID 11943474 . 
  12. Перейти ↑ Donovan J, Copeland PR (июль 2010 г.). «Эффективность включения селеноцистеина регулируется факторами инициации трансляции» . Журнал молекулярной биологии . 400 (4): 659–64. DOI : 10.1016 / j.jmb.2010.05.026 . PMC 3721751 . PMID 20488192 .  
  13. Перейти ↑ Atkins, JF (2009). Перекодирование: расширение правил декодирования улучшает экспрессию генов . Springer. п. 31. ISBN 978-0-387-89381-5.
  14. ^ Berry MJ, Бан L, Harney JW, Ларсен PR (август 1993). «Функциональная характеристика эукариотических элементов SECIS, которые направляют вставку селеноцистеина в кодоны UGA» . Журнал EMBO . 12 (8): 3315–22. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1993.tb06001.x . PMC 413599 . PMID 8344267 .  
  15. ^ Сюй XM, Карлсон BA, Mix H, Чжан Y, Saira K, Glass RS, Берри MJ, Гладышев VN, Hatfield DL (январь 2007). «Биосинтез селеноцистеина на его тРНК у эукариот» . PLOS Биология . 5 (1): e4. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050004 . PMC 1717018 . PMID 17194211 .  
  16. Yuan J, Palioura S, Salazar JC, Su D, O'Donoghue P, Hohn MJ, Cardoso AM, Whitman WB, Söll D (декабрь 2006 г.). «РНК-зависимое превращение фосфосерина в формы селеноцистеина у эукариот и архей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (50): 18923–7. Bibcode : 2006PNAS..10318923Y . DOI : 10.1073 / pnas.0609703104 . PMC 1748153 . PMID 17142313 .  
  17. ^ Labunskyy В.М., Хэтфилд Д.Л., Гладышев В.Н. (июль 2014). «Селенопротеины: молекулярные пути и физиологические роли» . Физиологические обзоры . 94 (3): 739–77. DOI : 10.1152 / Physrev.00039.2013 . PMC 4101630 . PMID 24987004 .  
  18. ^ Романь F, Santesmasses D, Белый L, Саранги ГК, Мариотти М, Хублер R, Weihmann А, G Парра, Гладышев В.Н., Гиго R, S Кастеллано (январь 2014). «SelenoDB 2.0: аннотация генов селенопротеинов у животных и их генетическое разнообразие у людей» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (выпуск базы данных): D437-43. DOI : 10.1093 / NAR / gkt1045 . PMC 3965025 . PMID 24194593 .  
  19. ^ Блок, Э. (2010). Чеснок и другие луковицы: знания и наука . Королевское химическое общество. ISBN 978-0-85404-190-9.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Зинони Ф., Биркманн А., Штадтман Т.С., Бёк А. (июль 1986 г.). «Нуклеотидная последовательность и экспрессия селеноцистеин-содержащего полипептида формиатдегидрогеназы (связанного с формиат-гидроген-лиазой) из Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (13): 4650–4. Bibcode : 1986PNAS ... 83.4650Z . DOI : 10.1073 / pnas.83.13.4650 . PMC  323799 . PMID  2941757 .
  • Зинони Ф., Биркманн А., Лейнфельдер В., Бёк А. (май 1987 г.). «Котрансляционная вставка селеноцистеина в формиатдегидрогеназу из Escherichia coli, управляемая кодоном UGA» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (10): 3156–60. Bibcode : 1987PNAS ... 84.3156Z . DOI : 10.1073 / pnas.84.10.3156 . PMC  304827 . PMID  3033637 .
  • Конус Дж. Э., Дель Рио Р. М., Дэвис Дж. Н., Штадтман Т.С. (август 1976 г.). «Химическая характеристика селенопротеинового компонента клостридиальной глицинредуктазы: идентификация селеноцистеина как селенорганического фрагмента» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (8): 2659–63. Bibcode : 1976PNAS ... 73.2659C . DOI : 10.1073 / pnas.73.8.2659 . PMC  430707 . PMID  1066676 .
  • Fenyö D, Beavis RC (февраль 2016 г.). «Селеноцистеин: зачем ты?». Журнал протеомных исследований . 15 (2): 677–8. DOI : 10.1021 / acs.jproteome.5b01028 . PMID  26680273 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Впервые уругвайский ученый обнаружил селеноцистеин в грибах (на испанском языке)