Selenoproteína

En biología molecular, una selenoproteína es cualquier proteína que incluye un residuo de aminoácido selenocisteína (Sec, U, Se-Cys). Entre las selenoproteínas caracterizadas funcionalmente se encuentran cinco glutatión peroxidasas (GPX) y tres tiorredoxina reductasas (TrxR/TXNRD) que contienen solo una Sec. La selenoproteína P es la selenoproteína más común que se encuentra en el plasma. Es inusual porque en humanos contiene residuos de 10 Sec, que se dividen en dos dominios, un dominio N-terminal más largo que contiene 1 Sec y un dominio C-terminal más corto que contiene 9 Sec. El dominio N-terminal más largo es probablemente un dominio enzimático, y el dominio C-terminal más corto es probablemente un medio para transportar de forma segura el átomo de selenio muy reactivo por todo el cuerpo.

Distribución de especies

Las selenoproteínas existen en todos los dominios principales de la vida, eucariotas, bacterias y arqueas. Entre los eucariotas, las selenoproteínas parecen ser comunes en los animales, pero raras o ausentes en otros filos; se ha identificado una en el alga verde Chlamydomonas, pero casi ninguna en otras plantas o en hongos. El arándano americano (Vaccinium macrocarpon Ait.) es la única planta terrestre conocida que posee maquinaria a nivel de secuencia para producir selenocisteína en su genoma mitocondrial, aunque su nivel de funcionalidad aún no está determinado. Entre las bacterias y las arqueas, las selenoproteínas solo están presentes en algunos linajes, mientras que están completamente ausentes en muchos otros grupos filogenéticos. Estas observaciones han sido confirmadas recientemente por el análisis del genoma completo, que muestra la presencia o ausencia de genes de selenoproteínas y genes accesorios para la síntesis de selenoproteínas en el organismo respectivo.

Tipos

Además de las selenoproteínas que contienen selenocisteína, también hay algunas selenoproteínas conocidas de especies bacterianas, que tienen selenio unido de forma no covalente. Se cree que la mayoría de estas proteínas contienen un ligando de seleniuro para un cofactor de molibdopterina en sus sitios activos (p. ej., nicotinato deshidrogenasa de Eubacterium barkeri, o xantina deshidrogenasa). El selenio también se incorpora específicamente en las bases modificadas de algunos ARNt (como 2-seleno-5-metilaminometil-uridina).

Además, el selenio se presenta en las proteínas como selenometionina incorporada de forma inespecífica, que reemplaza los residuos de metionina. Las proteínas que contienen dichos residuos de selenometionina incorporados de forma inespecífica no se consideran selenoproteínas. Sin embargo, la sustitución de todas las metioninas por selenometioninas es una técnica reciente ampliamente utilizada para resolver el problema de la fase durante la determinación de la estructura cristalográfica de rayos X de muchas proteínas (fases MAD). Mientras que el intercambio de metioninas por selenometioninas parece ser tolerado (al menos en células bacterianas), la incorporación inespecífica de selenocisteína en lugar de cisteína parece ser altamente tóxica. Esta puede ser una de las razones de la existencia de una ruta bastante complicada de biosíntesis de selenocisteína e incorporación específica en selenoproteínas, que evita la aparición del aminoácido libre como intermediario. Por lo tanto, incluso si una selenoproteína que contiene selenocisteína se incorpora en la dieta y se usa como fuente de selenio, el aminoácido debe degradarse antes de sintetizar una nueva selenocisteína para incorporarla a una selenoproteína.

Importancia clínica

El selenio es un nutriente vital en los animales, incluidos los humanos. Hasta ahora se han observado en células y tejidos humanos unas 25 selenoproteínas diferentes que contienen selenocisteína. Dado que la falta de selenio priva a la célula de su capacidad para sintetizar selenoproteínas, se cree que muchos de los efectos en la salud de la baja ingesta de selenio son causados por la falta de una o más selenoproteínas específicas. Se ha demostrado que tres selenoproteínas, TXNRD1 (TR1), TXNRD2 (TR3) y glutatión peroxidasa 4 (GPX4), son esenciales en los experimentos de desactivación en ratones. Por otro lado, demasiado selenio en la dieta causa efectos tóxicos y puede provocar una intoxicación por selenio. El umbral entre las concentraciones esenciales y tóxicas de este elemento es bastante estrecho con un factor en el rango de 10-100.

Ejemplos

Las selenoproteínas humanas incluyen:

• Iodothyronine deiodinases 1-3: DIO1, DIO2, DIO3
• Glutathione peroxidases: GPX1, GPX2, GPX3, GPX4, GPX6
• Selenoproteínas: SelH (C11orf31), SelI (EPT1), SelK, SelM, SelN (SEPN1), SelO, SelP (SEPP1), SelR (MSRB1), SelS, SelT, SelV, SelW (SEPW1), Sel15
• Sintetosis selenofosfata 2 (SEPHS2, SPS2)
• Reductas de Thioredoxin 1-3: TXNRD1, TXNRD2, TXNRD3