stringtranslate.com

Селеноцистеин

Селеноцистеин (обозначение Sec или U , [4] в старых публикациях также как Se-Cys ) [5] является 21-й протеиногенной аминокислотой . Селенопротеины содержат остатки селеноцистеина. Селеноцистеин является аналогом более распространенного цистеина с селеном вместо серы .

Селеноцистеин присутствует в нескольких ферментах (например, глутатионпероксидазах , тетрайодтиронин-5'-дейодиназах , тиоредоксинредуктазах , формиатдегидрогеназах , глицинредуктазах , селенофосфатсинтетазе 2, метионин- R -сульфоксидредуктазе B1 ( SEPX1 ) и некоторых гидрогеназах ). Это происходит во всех трех сферах жизни , включая важные ферменты (перечисленные выше), присутствующие в организме человека. [6]

Селеноцистеин был открыт в 1974 году [7] биохимиком Трессой Штадтман из Национального института здравоохранения . [8]

Химия

Селеноцистеин является Se-аналогом цистеина. Его редко можно встретить вне живых тканей (и он недоступен в продаже), поскольку он очень чувствителен к окислению воздухом. Более распространенным является окисленное производное селеноцистина , имеющее связь Se-Se. [9] И селеноцистеин, и селеноцистин представляют собой белые твердые вещества. Группа Se-H более кислая ( p K a = 5,43 [3] ), чем тиоловая группа; таким образом, он депротонируется при физиологическом pH . [10]

Состав

Селеноцистеин имеет ту же структуру, что и цистеин , но с атомом селена , заменяющим обычную серу. Имеет селенольную группу. Как и другие природные протеиногенные аминокислоты, цистеин и селеноцистеин имеют L -хиральность в более старых обозначениях D / L , основанных на гомологии с D- и L - глицеральдегидом . В новой системе обозначения хиральности R / S , основанной на атомных номерах атомов рядом с асимметричным углеродом, они имеют R- хиральность из-за присутствия серы или селена в качестве второго соседа асимметричного углерода. Остальные хиральные аминокислоты, имеющие в этом положении только более легкие атомы, имеют S -хиральность.)

Белки, содержащие остаток селеноцистеина, называются селенопротеинами . Большинство селенопротеинов содержат один остаток селеноцистеина. Селенопротеины, проявляющие каталитическую активность, называются селеноферментами. [11]

Биология

Селеноцистеин имеет более низкий потенциал восстановления , чем цистеин. Эти свойства делают его очень подходящим для белков, участвующих в антиоксидантной активности. [12]

Хотя он встречается во всех трех сферах жизни , он не универсален для всех организмов. [13] В отличие от других аминокислот, присутствующих в биологических белках , селеноцистеин не кодируется непосредственно в генетическом коде . [14] Вместо этого он кодируется особым образом кодоном UGA , который обычно является «опаловым» стоп-кодоном . Такой механизм называется трансляционным перекодированием [15] , и его эффективность зависит от синтезируемого селенопротеина и факторов инициации трансляции . [16] Когда клетки выращиваются в отсутствие селена, трансляция селенопротеинов прекращается на кодоне UGA, что приводит к усеченному, нефункциональному ферменту. Кодон UGA предназначен для кодирования селеноцистеина благодаря наличию в мРНК последовательности вставки селеноцистеина (SECIS) . Элемент SECIS определяется характерными нуклеотидными последовательностями и закономерностями спаривания оснований вторичной структуры. У бактерий элемент SECIS обычно расположен сразу после кодона UGA в рамке считывания селенопротеина. [17] У архей и эукариот элемент SECIS находится в 3'-нетранслируемой области (3'-UTR) мРНК и может направлять несколько кодонов UGA для кодирования остатков селеноцистеина. [18]

В отличие от других аминокислот, в клетке не существует свободного пула селеноцистеина. Его высокая реакционная способность может привести к повреждению клеток. [19] Вместо этого клетки хранят селен в менее реакционноспособной окисленной форме, селеноцистине, или в метилированной форме, селенометионине. Синтез селеноцистеина происходит на специализированной тРНК , которая также включает его в образующиеся полипептиды.

Первичная и вторичная структура селеноцистеин-специфической тРНК, тРНК Sec , отличаются от структур стандартных тРНК в нескольких отношениях, в первую очередь наличием пары оснований из 8 (бактерии) или пар оснований из 10 (эукариоты) [ Archaea? ] акцепторный стебель, длинное плечо вариабельной области и замены в нескольких хорошо консервативных положениях оснований. Селеноцистеиновые тРНК первоначально заряжаются серином с помощью лигазы серил-тРНК , но полученная Ser-тРНК Sec не используется для трансляции, поскольку она не распознается нормальным фактором элонгации трансляции ( EF-Tu у бактерий, eEF1A у эукариот). [ Архея? ]

Скорее, связанный с тРНК серильный остаток преобразуется в остаток селеноцистеина с помощью пиридоксальфосфатсодержащего фермента селеноцистеинсинтазы . У эукариот и архей для превращения связанного с тРНК серильного остатка в селеноцистеинильный остаток тРНК необходимы два фермента: PSTK ( O -фосфосерил-тРНК[Ser]Sec киназа) и селеноцистеинсинтаза. [20] [21] Наконец, полученная Sec-тРНК Sec специфически связывается с альтернативным фактором элонгации трансляции (SelB или mSelB (или eEFSec)), который целенаправленно доставляет ее к рибосомам, транслирующим мРНК для селенопротеинов. Специфичность этого механизма доставки обусловлена ​​наличием дополнительного белкового домена (у бактерий SelB) или дополнительной субъединицы ( SBP2 для эукариотического mSelB/eEFSec) [ Archaea? ] которые связываются с соответствующими вторичными структурами РНК, образованными элементами SECIS в мРНК селенопротеинов.

Селеноцистеин разлагается ферментом селеноцистеинлиазой на L - аланин и селенид. [22]

По состоянию на 2021 год известно, что 136 белков человека (в 37 семействах) содержат селеноцистеин (селенопротеины). [23]

Производные селеноцистеина γ-глутамил- Se -метилселеноцистеин и Se -метилселеноцистеин встречаются в природе в растениях родов Allium и Brassica . [24]

Приложения

Биотехнологические применения селеноцистеина включают использование 73 Se, меченного Se (период полураспада 73 Se = 7,2 часа) в исследованиях позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и 75 Se, меченного Se (период полураспада 75 Se = 118,5 дней) в специфических исследованиях. радиоактивное мечение , облегчение определения фазы с помощью многоволновой аномальной дифракции в рентгеновской кристаллографии белков путем введения Sec отдельно или Sec вместе с селенометионином (SeMet), а также включения стабильного изотопа 77 Se, который имеет ядерный спин1/2и может быть использован , среди прочего, для ЯМР высокого разрешения . [6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Индекс Merck , 12-е издание, 8584.
  2. ^ Хубер Р.Э., Криддл Р.С. (1967-10-01). «Сравнение химических свойств селеноцистеина и селеноцистина с их серными аналогами». Архив биохимии и биофизики . 122 (1): 164–173. дои : 10.1016/0003-9861(67)90136-1. ISSN  0003-9861. ПМИД  6076213.
  3. ^ аб Тапа Б, Шлегель HB (10 ноября 2016 г.). «Теоретический расчет p K a селенолов в водном растворе с использованием модели неявной сольватации и явных молекул воды». Журнал физической химии А. 120 (44): 8916–8922. Бибкод : 2016JPCA..120.8916T. doi : 10.1021/acs.jpca.6b09520. ISSN  1089-5639. ПМИД  27748600.
  4. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 г.
  5. ^ «Объединенная 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.
  6. ^ Аб Йоханссон Л., Гафвелин Г., Арнер Э.С. (октябрь 2005 г.). «Селеноцистеин в белках - свойства и биотехнологическое использование». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1726 (1): 1–13. doi :10.1016/j.bbagen.2005.05.010. hdl : 10616/39311 . ПМИД  15967579.
  7. ^ "Штадтман, пионер биохимии селена - Управление истории НИЗ и Музей Штеттена" . History.nih.gov . Проверено 06 апреля 2023 г.
  8. ^ Штадтман TC (март 1974 г.). «Биохимия селена». Наука . 183 (4128): 915–22. Бибкод : 1974Sci...183..915S. дои : 10.1126/science.183.4128.915. PMID  4605100. S2CID  84982102.
  9. ^ Гёрбиц CH, Левченко В, Семенов Дж, Шариф М.Ю. (2015). «Кристаллическая структура дигидрохлорида селено-L-цистина». Акта Кристаллогр. Э.​ 71 (6): 726–729. Бибкод : 2015AcCrE..71..726G. дои : 10.1107/S205698901501021X. ПМЦ 4459342 . ПМИД  26090162. 
  10. ^ Райх HJ, Хондал RJ (апрель 2016 г.). «Почему природа выбрала селен». АКС Химическая биология . 11 (4): 821–841. doi : 10.1021/acschembio.6b00031. ПМИД  26949981.
  11. ^ Рой Г., Сарма Б.К., Фаднис П.П., Мугеш Г. (2005). «Селенсодержащие ферменты у млекопитающих: химические перспективы» (PDF) . Журнал химических наук . 117 (4): 287–303. дои : 10.1007/BF02708441 . S2CID  32351033.
  12. ^ Бён Б.Дж., Кан Ю.К. (май 2011 г.). «Конформационные предпочтения и значение pK (a) остатка селеноцистеина». Биополимеры . 95 (5): 345–53. дои : 10.1002/bip.21581. PMID  21213257. S2CID  11002236.
  13. ^ Лонгтин Р. (апрель 2004 г.). «Забытый спор: является ли селеноцистеин 21-й аминокислотой?». Журнал Национального института рака . 96 (7): 504–5. дои : 10.1093/jnci/96.7.504 . ПМИД  15069108.
  14. ^ Бёк А., Форххаммер К., Хайдер Дж., Барон С. (декабрь 1991 г.). «Синтез селенопротеинов: расширение генетического кода». Тенденции биохимических наук . 16 (12): 463–7. дои : 10.1016/0968-0004(91)90180-4. ПМИД  1838215.
  15. ^ Баранов П.В., Гестеланд РФ, Аткинс Дж.Ф. (март 2002 г.). «Перекодирование: трансляционные бифуркации в экспрессии генов». Джин . 286 (2): 187–201. дои : 10.1016/S0378-1119(02)00423-7. PMID  11943474. S2CID  976337.
  16. ^ Донован Дж., Коупленд PR (июль 2010 г.). «Эффективность включения селеноцистеина регулируется факторами инициации трансляции». Журнал молекулярной биологии . 400 (4): 659–64. дои : 10.1016/j.jmb.2010.05.026. ПМЦ 3721751 . ПМИД  20488192. 
  17. ^ Аткинс, Дж. Ф. (2009). Перекодирование: расширение правил декодирования усиливает экспрессию генов. Спрингер. п. 31. ISBN 978-0-387-89381-5.
  18. ^ Берри М.Дж., Бану Л., Харни Дж.В., Ларсен П.Р. (август 1993 г.). «Функциональная характеристика эукариотических элементов SECIS, которые направляют вставку селеноцистеина в кодоны UGA». Журнал ЭМБО . 12 (8): 3315–22. doi :10.1002/j.1460-2075.1993.tb06001.x. ПМК 413599 . ПМИД  8344267. 
  19. ^ Спалхольц Дж. Э. (июль 1994 г.). «О природе токсичности и канцеростатической активности селена». Свободнорадикальная биология и медицина . 17 (1): 45–64. дои : 10.1016/0891-5849(94)90007-8. ПМИД  7959166.
  20. ^ Сюй XM, Карлсон Б.А., Микс Х, Чжан Ю, Сайра К, Гласс RS, Берри М.Дж., Гладышев В.Н., Хэтфилд Д.Л. (январь 2007 г.). «Биосинтез селеноцистеина на его тРНК у эукариот». ПЛОС Биология . 5 (1): e4. doi : 10.1371/journal.pbio.0050004 . ПМК 1717018 . ПМИД  17194211. 
  21. ^ Юань Дж., Палиура С., Салазар Дж.К., Су Д., О'Донохью П., Хон М.Дж., Кардосо А.М., Уитмен В.Б., Сёлль Д. (декабрь 2006 г.). «РНК-зависимое превращение фосфосерина в селеноцистеин у эукариот и архей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (50): 18923–7. Бибкод : 2006PNAS..10318923Y. дои : 10.1073/pnas.0609703104 . ПМЦ 1748153 . ПМИД  17142313. 
  22. ^ Лабунский В.М., Хэтфилд Д.Л., Гладышев В.Н. (июль 2014 г.). «Селенопротеины: молекулярные пути и физиологическая роль». Физиологические обзоры . 94 (3): 739–77. doi : 10.1152/physrev.00039.2013. ПМК 4101630 . ПМИД  24987004. 
  23. ^ Романье Ф, Сантесмасс Д, Уайт Л, Саранги ГК, Мариотти М, Хюблер Р, Вейманн А, Парра Г, Гладышев ВН, Гиго Р, Кастеллано С (январь 2014 г.). «SelenoDB 2.0: аннотация генов селенопротеинов у животных и их генетическое разнообразие у человека». Исследования нуклеиновых кислот . 42 (Проблема с базой данных): D437-43. дои : 10.1093/nar/gkt1045. ПМК 3965025 . ПМИД  24194593. [1]
  24. ^ Блок, Э. (2010). Чеснок и другие луки: знания и наука. Королевское химическое общество. ISBN 978-0-85404-190-9.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

У Схолии есть тематический профиль по селеноцистеину .