Selenocystein

Strukturell formel
Struktur av det naturlig forekommende L -elenocystein
Generell
Etternavn	Selenocystein
andre navn	Selenocystein 2-amino-3-hydroselenopropansyre Forkortelser: Sek ( kode på tre bokstaver ) U (en bokstavskode )
Molekylær formel	C 3 H 7 NO 2 Se
Eksterne identifikatorer / databaser
CAS-nummer 10236-58-5 ( L -elenocystein) EF-nummer 808-428-7 ECHA InfoCard 100.236.386 PubChem 25076 ChemSpider 23436 DrugBank DB02345 Wikidata Q408663
eiendommer
Molarmasse	168,0 g mol −1
sikkerhetsinstruksjoner
GHS faremerking Fare H- og P-setninger H: 315-319-335 P: ?
Så langt som mulig og vanlig, brukes SI-enheter . Med mindre annet er angitt, gjelder oppgitte data standardbetingelser .

Selenocystein er en aminosyre. L -elenocystein (abbr. Sec eller U ) er den 21. proteinogene L - aminosyren og en reaktiv analog av det naturlige L - cystein . Selenocystein inneholder en selen-atom i stedet for svovelatom .

Isomerisme

Selenocystein kan eksistere i de enantiomere formene D og L , hvor bare L- form, også synonym ( R ) -selenocystein, forekommer i proteiner . D -elenocystein er enantiomerisk til L -elenocystein og er av liten betydning; I den vitenskapelige litteraturen står “selenocystein” (uten prefiks) alltid for L- selenocystein.

Isomerer av selenocystein
Etternavn	L -elenocystein	D -elenocystein
andre navn	( R ) selenocystein	( S ) selenocystein
Strukturell formel
CAS-nummer	10236-58-5	176300-66-6
	3614-08-2 ( DL )
EF-nummer	808-428-7	-
	- ( DL )
ECHA- infokort	100.236.386	-
	- ( DL )
PubChem	25076	5460539
	6326972 ( DL )
Wikidata	Q408663	Q27110363
	Q65017088 ( DL )

eiendommer

L -Selenocystein er med aminosyren L- relatert kjemisk nær -cystein, men har en lavere surhetsgrad konstant pKa _s = 5,3 for den selenol i sammenligning med pK _s = 8-10 for tiolgruppen av den L -cystein. Selenocystein er også mer redoks-aktiv enn cystein. Disse egenskapene vil sannsynligvis være en hovedårsak til inkorporering av L- selenocystein i enzymer .

Zwitterions av L -elenocystein (venstre) og D -elenocystein (høyre)

Selenocystein er hovedsakelig til stede som et indre salt eller zwitterion , hvis dannelse kan forklares med det faktum at protonet er delt fra karboksygruppen og tatt opp av det ensomme elektronparet på nitrogenatomet i aminogruppen .

Zwitterion vandrer ikke i det elektriske feltet fordi det er fulladet. Strengt tatt er dette tilfelle ved det isoelektriske punktet (ved en viss pH-verdi), hvor selenocystein også har sin laveste løselighet i vann.

biokjemi

Den genetiske koden gjelder alle former for liv, men det er spesielle trekk. Mens standardkoden gjør det mulig for celler å produsere proteiner fra de 20 kanoniske α- aminosyrene, kan representanter for arkea , bakterier og eukaryoter innlemme selenocystein under translasjon via en mekanisme kjent som omkoding . Inkorporering av L- selenocystein som en ekstra proteinogen aminosyre muliggjør ofte bare funksjonaliteten til noen essensielle enzymer.

Hendelse

Siden mennesker, mange dyr, noen alger og protozoer ikke har kodon for den vitale 21. aminosyren selenocystein, blir stoppkodon UGA lest opp som Sec, som er en kompleks prosess. Selv i insekter eller nematoder danner noen representanter selenocystein, andre ikke. I lang tid ble sopp ansett som organismer som manglet helt selenocystein, til ni arter ble funnet blant rundt 1000 arter som produserer selenocystein.

Mer enn 30 eukaryote og mer enn 15 bakterielle selenocysteinholdige proteiner er kjent. Hos pattedyr, for eksempel, forskjellige glutation - peroksydaser , tetraiodothyronine - deiodinases eller store tioredoksin reduktaser og i bakterier og archaea formiat dehydrogenaser, hydrogenases, proteinbestanddeler i glycin -reduktase og D - prolin- reduktase-systemer og flere enzymer i den metabolske veien til metandannelse som selenocystein-inneholdende enzymer.

Mange av enzymene formidler redoksreaksjoner . Hos dem er det reaktive selenocystein i det aktive senteret . Glutationperoksydase er viktig for eukaryoter som en del av mobilforsvaret mot skader forårsaket av oksidativt stress . Funksjonen til selenoproteinene forstyrres når det er selenmangel. For eksempel oppstår Keshans sykdom - en kardiomyopati assosiert med Coxsackie-virusinfeksjoner - oftere når det mangler sporstoffer i selen i dietten; den Kashin-Beck sykdom kommer som et syndrom i områder med selen-fattig jord før. ( SELECT ) -studien bekreftet imidlertid ikke antagelsen om at kosttilskudd med selen generelt forhindrer kreft .

biosyntese

tRNA ^Sec fra Escherichia coli . Modifiserte baser er i blått, den antikodonet er vist i rødt, basesekvensen i den 5 '→ 3' retning som U - C - A .

L -elenocystein produseres biosyntetisk ved selenylering av en L- serin, som er bundet til et spesifikt tRNA :

• Binding av α-aminosyren L - serin ( Ser ) til en spesiell tRNA, tRNA ^Sec med antikodon UCA (5 '→ 3' bemerket).
• Denne Ser-tRNA ^Sec er selenylert , dvs. H. den L -serin omdannes til L -elenocysteine ( sek ) ved å erstatte hydroksylgruppen i sidekjeden med selenol ( SeH ). Dette skaper Sec-tRNA ^Sec .

Den biosyntetiske banen skiller seg betydelig fra andre aminosyrer, som opprinnelig dannes som frie aminosyrer og først deretter bundet til et tRNA.

Koding

TRNA ^Sec har antikodon UCA, og denne tripletten, motsatt 3'-ACU-5 ' , kan pares med basetripletten til kodonen UGA til mRNA . Normalt forårsaker en stoppkodon , avslutning av oversettelse. Imidlertid, hvis spesielle sekvenser av mRNA danner en hårnålestruktur , blir det mulig å koble den lastede Sec-tRNA ^Sec med kodonet . Dette betyr at stoppsignalet blir ignorert og selenocystein er innlemmet i proteinet på dette punktet. Denne prosessen er også kjent som omkoding . UGAUGA

I bakterier, et slikt sted SECIS ( se leno c ysteine i nsertion s equence ) nevnte sekvensen av mRNA umiddelbart ved siden av kodonet og UGAderetter kodet om, og bare dette vil være tilstøtende. Den Secis sekvensen blir gjenkjent av en spesifikk GTP- avhengig oversettelse faktor , den forlengelsesfaktor Selb , som samtidig binder den Sec-tRNA ^Sec . Etter at selenocystein er innlemmet, leses Secis- sekvensen også fra ribosomet og oversettes til de tilsvarende aminosyrene i proteinet.

Dannelse av selenocystein og dets innlemmelse i proteiner under oversettelse i eukaryoter . Hvis kodonet UGApå mRNA leses på ribosomet , kan det kobles sammen med antikodonet til tRNA ^{Sec holdt} klart .

I eukaryoter og archaea er imidlertid en Secis- sekvens festet til 3'-enden av mRNA, blir ikke avlest fra ribosomet, og gjør at alle kodoner av UGAdette mRNA kan kodes på nytt. For eksempel inneholder det humane selenoproteinet P selenocystein i ti posisjoner.

Inkorporering av L- selenocystein under proteinsyntese i eukaryoter krever ytterligere faktorer (se figur):

• Sec-tRNA ^Sec er bundet av den spesifikke GTP-avhengige translasjonsfaktoren mSelB .
• mSelB danner et kompleks med et annet protein SBP2 , som gjenkjenner Secis- sekvensen og binder seg til den.
• Dette komplekset (vist på figuren som en grønn kule) muliggjør nytolkning: Hvis et kodon blir UGAlest på ribosomet og paret med antikodonet til Sec-tRNA ^Sec , er selenocystein nå innlemmet i denne posisjonen.
• Med denne typen omkoding må oversettelsen deretter avsluttes med et annet stoppkodon , enten UAAeller UAG( merket som stopp i figuren ).

Forholdene i selenoproteinsyntese av archaea er ennå ikke avklart.

litteratur

• Joseph W. Lengeler, G. Drews, Hans Günter Schlegel: Prokaryotens biologi . Thieme, Stuttgart 1999, ISBN 3-13-108411-1 , s. 185 ff . 

weblenker

• Oversettelsesprosess - innlemmelse av kap
• Selenocystein - noen flere detaljer (pdf, på engelsk; 324 kB, 20 sider) - Errata: På side 19 har hver SeCys en Se (selen) i stedet for en S (svovel) som vist, med Cys selv S er riktig .

Individuelle bevis

1. ↑ Mal: CL Inventar / ikke harmonisert Det er ennå ikke en harmonisert klassifisering for dette stoffet . En etikett av [No offentlig eller beskrivende navn er tilgjengelig] i klassifisering og merking Opptelling av den europeiske kjemikaliebyrået (ECHA), tilgjengelig 10. juli 2019 er det utledet fra en selv klassifisering av distributøren .
2. ↑ Marco Mariotti, Gustavo Salinas, Toni Gabaldon, Vadim N. Gladyshev: Utnyttelse av selenocystein tidlig-forgrening sopp phyla . I: Naturmikrobiologi . 11. februar 2019. doi : 10.1038 / s41564-018-0354-9 .
3. ↑ Jun Lu, Arne Holmgren: Selenoproteiner . I: Journal of Biological Chemistry . Volum 284, nr. 2, januar 2009, s. 723-727. doi : 10.1074 / jbc.R800045200 . PMID 18757362 .
4. Re M. Reeves, P. Hoffmann: Det menneskelige selenoproteom: nylig innsikt i funksjoner og regulering . I: Cellular and Molecular Life Sciences . Volum 66, nr. 15, august 2009, s. 2457-2478. PMID 19399585 . PMC 2866081 (fri fulltekst).
5. ↑ Berry, MJ, Banu, L., Harney, JW, Larsen, PR: Funksjonell karakterisering av eukaryote SECIS-elementer som dirigerer selenocysteininnsetting ved UGA-kodoner . I: EMBO Journal . 12, nr. 8, 1993, s. 3315-3322. PMID 8344267 . PMC 413599 (gratis fulltekst).
6. ↑ Burk RF, Hill KE: Selenoprotein P: et ekstracellulært protein med unike fysiske egenskaper og en rolle i selenhomeostase . I: Annu Rev Nutr . 25, 2005, s. 215-235. doi : 10.1146 / annurev.nutr.24.012003.132120 . PMID 16011466 .
7. ↑ Fagegaltier D, Hubert N, Yamada K, Mizutani T, Carbon P, Krol A: Karakterisering av mSelB, en ny pattedyrsforlengelsesfaktor for selenoproteinoversettelse . I: EMBO Journal . 1, 2000, s. 4796-4805. doi : 10.1093 / emboj / 19.17.4796 . PMID 10970870 .