Селеноцистеин - Selenocysteine

Селеноцистеин[1]
L-selenocysteine-2D-skeletal.png
Имена
Название ИЮПАК
2-амино-3-селанилпропановая кислота
Другие имена
L-Селеноцистеин; 3-Селанил-L-аланин; Селен цистеин
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.236.386 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
UNII
Характеристики
C3ЧАС7NО2Se
Молярная масса168.065 г · моль−1
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Селеноцистеин (символ Сек или же U,[2] в более старых публикациях также как Se-Cys)[3] 21-й протеиногенная аминокислота.

Селеноцистеин естественным образом присутствует во всех трех области жизни, но не в каждой родословной, как строительный блок селенопротеины.[4] Селеноцистеин - это цистеин аналог с селен -содержащий селенол группа вместо сера -содержащий тиол группа.

Селеноцистеин присутствует в нескольких ферменты (Например глутатионпероксидазы, тетрайодтиронин 5 'дейодиназы, тиоредоксинредуктазы, формиатдегидрогеназы, глицинредуктазы, селенофосфат синтетаза 2, метионин-р-сульфоксидредуктаза B1 (SEPX1 ), и немного гидрогеназы ).

Селеноцистеин был открыт биохимиком Тресса Штадтман[5] на Национальные институты здоровья.

Биохимическое применение селеноцистеина было описано биохимиком Робертом Хондалом (Вермонтский университет ) и химик Ганс Райх (Университет Висконсина-Мэдисона ).[6]

Структура

Селеноцистеин имеет структуру, аналогичную структуре цистеин, но с атомом селен заменяя обычную серу, образуя селенол группа, которая депротонированный на физиологическом pH. (Как и другие природные протеиногенные аминокислоты, цистеин и селеноцистеин имеют L хиральность в старом D/L обозначение, основанное на гомологии D- и L-глицеральдегид. В новее р/S система обозначения хиральности, основанная на атомных номерах атомов около асимметричного углерода, они имеют р хиральность из-за присутствия серы или селена в качестве второго соседа асимметричного углерода. (Остальные хиральные аминокислоты, имеющие только более легкие атомы в этом положении, имеют S хиральность.)

Белки, содержащие один или несколько остатков селеноцистеина, называются селенопротеины. Большинство селенопротеинов содержат один остаток селеноцистеина. Селенопротеины, зависящие от каталитической активности селеноцистеина, называются селеноферменты.[7]Было обнаружено, что селеноферменты используют каталитическая триада структуры, влияющие на нуклеофильность селеноцистеина активного центра.[нужна цитата ]

Биология

Селеноцистеин имеет как более низкий пKа (5.43) и ниже потенциал сокращения чем цистеин. Эти свойства делают его очень подходящим для белков, которые участвуют в антиоксидант Мероприятия.[8]

Хотя он встречается в трех сферах жизни, он не универсален для всех организмов.[9] В отличие от других аминокислот, присутствующих в биологических белки, селеноцистеин не кодируется непосредственно в генетический код.[10] Вместо этого он кодируется особым образом с помощью UGA. кодон, который обычно стоп-кодон. Такой механизм называется переводческое кодирование[11] а его эффективность зависит от синтезируемого селенопротеина и трансляции факторы инициирования.[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 последовательность вставки селеноцистеина (SECIS) в мРНК. Элемент SECIS определяется характерными нуклеотидными последовательностями и образцами спаривания оснований вторичной структуры. В бактерии, элемент SECIS обычно располагается сразу после кодона UGA в пределах рамки считывания селенопротеина.[13] В Археи И в эукариоты, элемент SECIS находится в 3 'нетранслируемая область (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, селеноцистине, или в метилированной форме, селенометионине. Синтез селеноцистеина происходит на специализированных тРНК, который также включает его в растущие полипептиды.

Первичная и вторичная структура селеноцистеин-специфической тРНК, тРНКСек, отличаются от стандартных тРНК по нескольким параметрам, в первую очередь наличием 8-пар оснований (бактерии) или 10-пар оснований (эукариоты)[Археи? ] акцепторный стержень, длинное плечо вариабельной области и замены в нескольких хорошо консервативных положениях оснований. Селеноцистеиновые тРНК изначально заряжаются серином посредством серил-тРНК лигаза, но полученная Ser-тРНКСек не используется для перевода, потому что он не распознается нормальным коэффициентом удлинения перевода (EF-Tu в бактериях, eEF1A у эукариот).[Археи? ]

Скорее, связанный с тРНК сериловый остаток превращается в остаток селеноцистеина посредством пиридоксальфосфат -содержащий фермент селеноцистеинсинтаза. У эукариот и архей для преобразования тРНК-связанного серилового остатка в тРНК селеноцистеиниловый остаток необходимы два фермента: PSTK (О-фосфосерил-тРНК [Ser] Sec киназа) и селеноцистеинсинтаза.[15][16] Наконец, полученная Sec-тРНКСек специфически связывается с альтернативным фактором удлинения трансляции (SelB или mSelB (или eEFSec)), который целенаправленно доставляет его 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)[Археи? ] которые связываются с соответствующими вторичными структурами РНК, образованными элементами SECIS в мРНК селенопротеидов.

Селеноцистеин разлагается ферментом селеноцистеинлиаза в L-аланин и селенид.[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 естественных условиях у растений родов Allium и Brassica.[19]

Приложения

Биотехнологические применения селеноцистеина включают использование 73Se-меченый Sec (период полураспада 73Se = 7,2 часа) в позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) исследования и 75Se-меченый Sec (период полураспада 75Se = 118,5 дней) в частности радиоактивная маркировка, облегчение определения фазы за счет многоволновая аномальная дифракция в Рентгеновская кристаллография белков путем введения только Sec или Sec вместе с селенометионин (SeMet) и включение конюшни 77Изотоп Se, имеющий ядерное вращение из 1/2 и может использоваться для высокого разрешения ЯМР, среди прочего.[4]

Смотрите также

  • Пирролизин, другая аминокислота, не входящая в основной набор из 20.
  • Селенометионин, другая селенсодержащая аминокислота, которая случайным образом замещена на метионин.

Рекомендации

  1. ^ Индекс Merck, 12-е издание, 8584
  2. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983 г. В архиве из оригинала от 9 октября 2008 г.. Получено 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. Дои: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. Дои:10.1016 / j.bbagen.2005.05.010. HDL:10616/39311. PMID  15967579.
  5. ^ Stadtman TC (март 1974 г.). «Биохимия селена». Наука. 183 (4128): 915–22. Bibcode:1974Научный ... 183..915S. Дои:10.1126 / science.183.4128.915. PMID  4605100.
  6. ^ Reich HJ, Hondal RJ (апрель 2016 г.). «Почему природа выбрала селен». ACS Химическая биология. 11 (4): 821–841. Дои:10.1021 / acschembio.6b00031. PMID  26949981.
  7. ^ 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.
  8. ^ Бьюн 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.
  9. ^ Longtin R (апрель 2004 г.). «Забытый спор: селеноцистеин - это 21-я аминокислота?». Журнал Национального института рака. 96 (7): 504–5. Дои:10.1093 / jnci / 96.7.504. PMID  15069108.
  10. ^ Бёк А., Форчхаммер К., Хейдер Дж., Барон С. (декабрь 1991 г.). «Синтез селенопротеинов: расширение генетического кода». Тенденции в биохимических науках. 16 (12): 463–7. Дои:10.1016/0968-0004(91)90180-4. PMID  1838215.
  11. ^ Баранов П.В., Гестеланд РФ, Аткинс Дж.Ф. (март 2002 г.). «Перекодирование: трансляционные бифуркации в экспрессии генов». Ген. 286 (2): 187–201. Дои:10.1016 / S0378-1119 (02) 00423-7. PMID  11943474.
  12. ^ Донован Дж., Copeland 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. ЧВК  3721751. PMID  20488192.
  13. ^ Аткинс, Дж. Ф. (2009). Перекодирование: расширение правил декодирования улучшает экспрессию генов. Springer. п. 31. ISBN  978-0-387-89381-5.
  14. ^ Берри MJ, Banu L, Harney JW, Larsen PR (август 1993). «Функциональная характеристика эукариотических элементов SECIS, которые направляют вставку селеноцистеина в кодоны UGA». Журнал EMBO. 12 (8): 3315–22. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1993.tb06001.x. ЧВК  413599. PMID  8344267.
  15. ^ Сюй XM, Карлсон BA, Mix H, Zhang Y, Saira K, Glass RS, Berry MJ, Gladyshev VN, Hatfield DL (январь 2007 г.). «Биосинтез селеноцистеина на его тРНК у эукариот». PLOS Биология. 5 (1): e4. Дои:10.1371 / journal.pbio.0050004. ЧВК  1717018. PMID  17194211.
  16. ^ Юань Дж., Палиура С., Салазар Дж. К., Су Д., О'Донохью П., Хон М. Дж., Кардосо А. М., Уитман В. Б., Сёлл Д. (декабрь 2006 г.). «РНК-зависимая конверсия фосфосерина в формы селеноцистеина у эукариот и архей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 103 (50): 18923–7. Bibcode:2006PNAS..10318923Y. Дои:10.1073 / pnas.0609703104. ЧВК  1748153. PMID  17142313.
  17. ^ Лабунский В.М., Хэтфилд Д.Л., Гладышев В.Н. (июль 2014 г.). «Селенопротеины: молекулярные пути и физиологические роли». Физиологические обзоры. 94 (3): 739–77. Дои:10.1152 / Physrev.00039.2013. ЧВК  4101630. PMID  24987004.
  18. ^ Romagné F, Santesmasses D, White L, Sarangi GK, Mariotti M, Hübler R, Weihmann A, Parra G, Gladyshev VN, Guigó R, Castellano S (январь 2014 г.). «SelenoDB 2.0: аннотация генов селенопротеинов у животных и их генетического разнообразия у людей». Исследования нуклеиновых кислот. 42 (Выпуск базы данных): D437-43. Дои:10.1093 / нар / gkt1045. ЧВК  3965025. PMID  24194593.
  19. ^ Блок, Э. (2010). Чеснок и другие луковые культуры: знания и наука. Королевское химическое общество. ISBN  978-0-85404-190-9.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка