Selenocisteína

Selenocisteína (símbolo Sec o U, en publicaciones más antiguas también como Se-Cys) es la 21. aminoácido proteinogénico. Las selenoproteínas contienen residuos de selenocisteína. La selenocisteína es un análogo de la cisteína más común con selenio en lugar del azufre.

La selenocisteína está presente en varias enzimas (por ejemplo, glutatión peroxidasas, tetrayodotironina 5′ desyodasas, 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 las enzimas importantes (mencionadas anteriormente) presentes en los humanos.

La selenocisteína fue descubierta por la bioquímica Thressa Stadtman en los Institutos Nacionales de Salud.

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 por aire. Más común es el derivado oxidado selenocistina, que tiene un enlace Se-Se. Tanto la selenocisteína como la selenocisteína son sólidos blancos. El grupo Se-H es más ácido (pKa = 5,43) que el grupo tiol; por lo tanto, se desprotona a pH fisiológico.

Estructura

La selenocisteína tiene la misma estructura que la cisteína, pero con un átomo de selenio en lugar del habitual azufre. Tiene un grupo selenol. Al igual que otros aminoácidos proteinogénicos naturales, la cisteína y la selenocisteína tienen una quiralidad L en la antigua D< /span>/L notación basada en la homología con D- y < span style="font-size:85%;">L-gliceraldehído. En el nuevo sistema R/S para designar la quiralidad, basado en los números atómicos de los átomos cerca del carbono asimétrico, tienen quiralidad R, porque de la presencia de azufre o selenio como segundo vecino del carbono asimétrico. Los aminoácidos quirales restantes, que tienen solo átomos más ligeros en esa posición, tienen quiralidad S).

Las proteínas que contienen un residuo de selenocisteína se denominan selenoproteínas. La mayoría de las selenoproteínas contienen un solo residuo de selenocisteína. Las selenoproteínas que exhiben actividad catalítica se denominan selenoenzimas.

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.

Aunque se encuentra en los tres dominios de la vida, no es universal en todos los organismos. A diferencia de otros aminoácidos presentes en proteínas biológicas, la selenocisteína no está codificada directamente en el código genético. En cambio, está codificado de una manera especial por un codón UGA, que normalmente es el "ópalo" codón de parada. Este mecanismo se denomina recodificación traduccional y su eficacia depende de la selenoproteína que se sintetice y de los factores de iniciación de la traducción. 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 no funcional truncada. El codón UGA se hace para codificar selenocisteína por 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 estructuras secundarias. En las bacterias, el elemento SECIS normalmente se encuentra inmediatamente después del codón UGA dentro del marco de lectura de la selenoproteína. En Archaea y en eucariotas, el elemento SECIS se encuentra en la región no traducida 3′ (UTR 3′) del ARNm y puede dirigir múltiples codones UGA para codificar residuos de selenocisteína.

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

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

Más bien, el residuo de 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 de serilo unido al ARNt en un residuo de selenocisteinilo de ARNt: PSTK (O-fosfoseril-tRNA[Ser]Sec quinasa) y selenocisteína sintasa. Finalmente, el Sec-tRNA^Sec resultante se une específicamente a un factor de elongación de traducción alternativo (SelB o mSelB (o eEFSec)), que lo entrega de manera específica a los ribosomas que traducen ARNm para selenoproteínas. La especificidad de este mecanismo de entrega se debe a la presencia de un dominio de proteína adicional (en bacterias, SelB) o una subunidad adicional (SBP2 para mSelB/eEFSec eucariota) que se unen a las estructuras secundarias de ARN correspondientes formadas por los elementos SECIS en la selenoproteína. ARNm.

La enzima selenocisteína liasa descompone la selenocisteína en L-alanina y seleniuro.

A partir de 2021, se sabe que 136 proteínas humanas (en 37 familias) contienen selenocisteína (selenoproteínas).

Los derivados de selenocisteína γ-glutamil-Se-metilselenocisteína y Se-metilselenocisteína se encuentran de forma natural en plantas de los géneros Allium y Brassica.

Aplicaciones

Las aplicaciones biotecnológicas de la selenocisteína incluyen el uso de ⁷³Se-marcado Sec (vida media de ⁷³Se = 7,2 horas) en estudios de tomografía por emisión de positrones (PET) y < sup>75Se-labeled Sec (vida media de ⁷⁵Se = 118,5 días) en radiomarcaje específico, facilitación de la determinación de fase por difracción anómala de longitud de onda múltiple en cristalografía de rayos X de proteínas mediante la introducción Sec solo, o Sec junto con selenometionina (SeMet), e incorporación del isótopo estable ⁷⁷Se, que tiene un espín nuclear de 1/2 y puede usarse para resolución RMN, entre otros.