Selenocisteína

Selenocisteína (símbolo Sec ou U, em publicações mais antigas também como Se-Cys) é o 21º aminoácido proteinogênico. As selenoproteínas contêm resíduos de selenocisteína. A selenocisteína é um análogo da cisteína mais comum com selênio no lugar do enxofre.

A selenocisteína está presente em várias enzimas (por exemplo, glutationa peroxidases, tetraiodotironina 5′ desiodinases, tioredoxina redutases, formato desidrogenases, glicina redutases, selenofosfato sintetase 2, metionina-R-sulfóxido redutase B1 (SEPX1), e algumas hidrogenases). Ocorre em todos os três domínios da vida, incluindo enzimas importantes (listadas acima) presentes em humanos.

A selenocisteína foi descoberta em 1974 pela bioquímica Thressa Stadtman no National Institutes of Health.

Química

A selenocisteína é o análogo Se da cisteína. Raramente é encontrado fora de tecidos vivos (e não está disponível comercialmente) porque é muito suscetível à oxidação pelo ar. Mais comum é o derivado oxidado selenocistina, que possui uma ligação Se-Se. Tanto a selenocisteína quanto a selenocistina são sólidos brancos. O grupo Se-H é mais ácido (pKa = 5,43) que o grupo tiol; assim, é desprotonado em pH fisiológico.

Estrutura

A selenocisteína tem a mesma estrutura da cisteína, mas com um átomo de selênio substituindo o enxofre usual. Possui um grupo selenol. Como outros aminoácidos proteinogênicos naturais, a cisteína e a selenocisteína têm quiralidade L no antigo D< /span>/L notação baseada na homologia com D- e < span style="font-size:85%;">L-gliceraldeído. No sistema R/S mais recente de designação de quiralidade, com base nos números atômicos de átomos próximos ao carbono assimétrico, eles têm quiralidade R, porque da presença de enxofre ou selênio como segundo vizinho do carbono assimétrico. Os aminoácidos quirais restantes, tendo apenas átomos mais leves nessa posição, possuem quiralidade S.)

As proteínas que contêm um resíduo de selenocisteína são chamadas de selenoproteínas. A maioria das selenoproteínas contém um único resíduo de selenocisteína. As selenoproteínas que exibem atividade catalítica são chamadas selenoenzimas.

Biologia

A selenocisteína tem um potencial de redução menor que a cisteína. Estas propriedades tornam-no muito adequado em proteínas que estão envolvidas na atividade antioxidante.

Embora seja encontrado nos três domínios da vida, não é universal em todos os organismos. Ao contrário de outros aminoácidos presentes nas proteínas biológicas, a selenocisteína não é codificada diretamente no código genético. Em vez disso, é codificado de maneira especial por um códon UGA, que normalmente é o "opal" códon de parada. Tal mecanismo é denominado recodificação traducional e sua eficiência depende da selenoproteína que está sendo sintetizada e de fatores de iniciação da tradução. Quando as células são cultivadas na ausência de selênio, a tradução das selenoproteínas termina no códon UGA, resultando em uma enzima truncada e não funcional. O códon UGA é feito para codificar a selenocisteína pela presença de uma sequência de inserção de selenocisteína (SECIS) no mRNA. O elemento SECIS é definido por sequências de nucleotídeos características e padrões de emparelhamento de bases de estrutura secundária. Nas bactérias, o elemento SECIS está normalmente localizado imediatamente após o códon UGA no quadro de leitura da selenoproteína. Em Archaea e em eucariotos, o elemento SECIS está na região 3 'não traduzida (3' UTR) do mRNA e pode direcionar múltiplos códons UGA para codificar resíduos de selenocisteína.

Ao contrário dos outros aminoácidos, não existe nenhum conjunto livre de selenocisteína na célula. Sua alta reatividade causaria danos às células. Em vez disso, as células armazenam selênio na forma oxidada menos reativa, a selenocistina, ou na forma metilada, a selenometionina. A síntese de selenocisteína ocorre em um tRNA especializado, que também funciona para incorporá-lo em polipeptídeos nascentes.

A estrutura primária e secundária do tRNA específico da selenocisteína, tRNA^Sec, difere daquelas dos tRNAs padrão em vários aspectos, principalmente por ter um par de 8 bases (bactérias) ou 10-. haste aceitadora de par de bases (eucariotos), um longo braço de região variável e substituições em várias posições de base bem conservadas. Os tRNAs de selenocisteína são inicialmente carregados com serina pela seril-tRNA ligase, mas o Ser-tRNA resultante Sec não é usado para tradução porque não é reconhecido pelo fator de alongamento de tradução normal (EF-Tu em bactérias, eEF1A em eucariotos).

Em vez disso, o resíduo seril ligado ao tRNA é convertido em um resíduo de selenocisteína pela enzima selenocisteína sintase contendo fosfato de piridoxal. Em eucariotos e archaea, duas enzimas são necessárias para converter o resíduo de seril ligado ao tRNA em resíduo de selenocisteinil de tRNA: PSTK (O-fosfoseril-tRNA[Ser]Sec quinase) e selenocisteína sintase. Finalmente, o Sec-tRNA resultante é especificamente ligado a um fator de alongamento de tradução alternativo (SelB ou mSelB (ou eEFSec)), que o entrega de maneira direcionada aos ribossomos que traduzem mRNAs para selenoproteínas. A especificidade deste mecanismo de entrega é provocada pela presença de um domínio proteico extra (em bactérias, SelB) ou uma subunidade extra (SBP2 para mSelB/eEFSec eucariótico) que se liga às estruturas secundárias de RNA correspondentes formadas pelos elementos SECIS na selenoproteína. ARNm.

A selenocisteína é decomposta pela enzima selenocisteína liase em L-alanina e seleneto.

Em 2021, sabia-se que 136 proteínas humanas (em 37 famílias) continham selenocisteína (selenoproteínas).

Os derivados da selenocisteína γ-glutamil-Se-metilselenocisteína e Se-metilselenocisteína ocorrem naturalmente em plantas dos gêneros Allium e Brassica.

Aplicativos

As aplicações biotecnológicas da selenocisteína incluem o uso de ⁷³Sec marcado com Se (meia-vida de ⁷³Se = 7,2 horas) em estudos de tomografia por emissão de pósitrons (PET) e < sup>75Sec marcado com Se (meia-vida de ⁷⁵Se = 118,5 dias) em radiomarcação específica, facilitação da determinação de fase por difração anômala de múltiplos comprimentos de onda em cristalografia de raios X de proteínas, introduzindo Sec sozinho, ou Sec junto com selenometionina (SeMet), e incorporação do isótopo estável ⁷⁷Se, que tem um spin nuclear de 1/2 e pode ser usado para aplicações de alta resolução NMR, entre outros.