Кіріспе

Селеноцистеин (символ Sec немесе U, ескі басылымдарда Se Cys) – 21-ші протеиногендік аминқышқылы. Селенопротеиндер селеноцистеин қалдықтарын қамтиды. Селеноцистеин – күкірт орнына селен қосылған, цистеиннің аналогы. Селеноцистеин бірнеше ферменттерде кездеседі (мысалы, глутатион пероксидазалары, тетрайодтиронин 5'-деиодиназалары, тиоредоксин редуктазалары, формат дегидрогеназалары, глицин редуктазалары, селенофосфат синтетазасы 2, метионин R сульфоксид редуктазасы B1 (SEPX1) және кейбір гидрогеназалар). Ол тіршілік әлемінің барлық үш доменінде, соның ішінде адамдардағы маңызды ферменттерде (жоғарыда аталғандар) кездеседі. Селеноцистеин 1974 жылы Ұлттық денсаулық сақтау институтында биохимик Тресса Штудтман ашқан.

Химия

Селеноцистеин - цистеиннің Se аналогы. Ол тірі тіндерден тыс жерде сирек кездеседі (және коммерциялық түрде қол жетімді емес), себебі ол ауада тез тотығады. Көбірек таралғаны – селеноцистиннің тотыққан түрі, ол Se-Se байланысына ие. Селеноцистеин де, селеноцистин де ақ түсті қатты заттар. Se-H тобы күшті қышқыл (pKa = 5,43).

Құрылымы

Селеноцистеин цистеинмен бірдей құрылымға ие, бірақ әдеттегі күкірт атомының орнына селен атомы болады. Онда селенол тобы бар. Басқа табиғи протеиногендік аминқышқылдары сияқты, цистеин мен селеноцистеиннің глицеральдегидке ұқсастығына негізделген ескі / нотациясында хиралдылығы бар. Хиралдылықты анықтаудың жаңа R/S жүйесінде, асимметриялық көміртекке жақын атомдардың атомдық сандарына сүйене отырып, олар күкірт немесе селеннің екінші көршісі болғандықтан R хиралдылығына ие. Қалған хиральды аминқышқылдары, сол позицияда тек жеңіл атомдар болғандықтан, S хиралдылығына ие. Селеноцистеин қалдықтарын қамтитын белоктар селенопротеиндер деп аталады. Көптеген селенопротеиндерде бір ғана селеноцистеин қалдығы болады. Каталитикалық белсенділігі бар селенопротеиндер селеноферменттер деп аталады.

Биология

Селеноцистеин цистеинге қарағанда төмендеу потенциалына ие. Бұл қасиеттері оны антиоксиданттық қызметке қатысатын ақуыздар үшін өте қолайлы етеді. Ол тіршіліктің үш доменінде кездеседі, бірақ барлық организмдерде де универсалды емес. Биологиялық белоктардағы басқа аминқышқылдарынан айырмашылығы, селеноцистеин генетикалық кодта тікелей кодталмайды. Оның орнына, ол UGA кодоны арқылы ерекше жолмен кодталады, бұл кодон әдетте «опал» тоқтату кодоны болып табылады. Мұндай механизм трансляциялық қайта кодтау деп аталады, ал оның тиімділігі синтезделіп жатқан селенопротеинге және трансляцияны бастау факторларына байланысты. Жасушалар селенсіз ортада өсірілгенде, селенопротеиндердің трансляциясы UGA кодонында тоқталады, нәтижесінде қысқартылған, функционалды емес фермент түзіледі. UGA кодоны mRNA-дағы селеноцистеин енгізу тізбегінің (SECIS) болуы арқасында селеноцистеинге кодтау үшін «қайта бағдарланады». SECIS элементі ерекше нуклеотидтік тізбектермен және екіншілік құрылымның негіздерінің жұптасу схемаларымен сипатталады. Бактерияларда SECIS элементі селенопротеиннің оқу аясындағы UGA кодонынан кейін орналасқан. Археяларда және эукариоттарда SECIS элементі mRNA-ның 3′ аударылмаған аймағында (3′ UTR) орналасады және селеноцистеин қалдықтарын кодтау үшін бірнеше UGA кодонын бағыттай алады. Басқа аминқышқылдарынан айырмашылығы, жасушада селеноцистеиннің еркін қоры жоқ. Оның жоғары реактивтілігі жасушаларға зиян келтіруі мүмкін. Сондықтан, жасушалар селенді аз реактивті тотыққан түрінде – селеноцистинде немесе метилденген түрінде – селенометионинде сақтайды. Селеноцистеин синтезі арнайы тРНК-да жүзеге асады, ол оны жаңа түзілген полипептидтерге енгізу үшін де қолданылады. Селеноцистеинге тән тРНК, tRNASec, стандартты тРНК-дан бірнеше ерекшеліктерімен көзге түседі, ең бастысы – 8 негіз жұбы (бактерияларда) немесе 10 негіз жұбы (эукариоттарда) акцепторлық сабағы, ұзын өзгермелі аймақ және бірнеше жақсы сақталған негіз позицияларындағы ауыстырулар. Селеноцистеин тРНК-лары серил тРНК лигазасымен серинмен зарядталады, бірақ түзілген Ser tRNASec трансляцияға қолданылмайды, өйткені ол қалыпты трансляциялық удлинение факторымен (бактерияларда EF Tu, эукариоттарда eEF1A) танылмайды. Керісінше, тРНК-ға байланысқан серил қалдығы пиридоксал фосфатын қамтитын селеноцистеин синтетаза ферменті арқылы селеноцистеин қалдығына айналады. Эукариоттар мен археяларда тРНК-ға байланысқан серил қалдығын тРНК-ға байланысқан селеноцистеинил қалдығына айналдыру үшін екі фермент қажет: PSTK (O фосфоссерил тРНК[Ser]Sec киназасы) және селеноцистеин синтетазасы. Соңында, түзілген Sec tRNASec ерекше трансляциялық удлинение факторымен (SelB немесе mSelB (немесе eEFSec)) байланысады, ол оны селенопротеиндер үшін mRNA-ны аударатын рибосомаларға бағыттайды. Бұл жеткізу механизмінің ерекшелігін бактерияларда SelB, ал эукариоттық mSelB/eEFSec үшін SBP2 сияқты қосымша белок домені немесе қосымша суббірлік қамтамасыз етеді, олар селенопротеин mRNA-сындағы SECIS элементтерімен қалыптасқан РНК-ның екіншілік құрылымдарына байланысады. Селеноцистеин селеноцистеин лиаза ферментімен L-аланинге және селенидке ыдырайды. 2021 жылғы мәліметтер бойынша, 136 адам ақуызында (37 отбасында) селеноцистеин (селенопротеиндер) бар екені белгілі. Allium және Brassica туыстарындағы өсімдіктерде γ-глутамил Se-метилселеноцистеин және Se-метилселеноцистеин селеноцистеиннің туындылары табиғи түрде кездеседі.

Қолданбалар

Селеноцистеиннің биотехнологиялық қолданыстары 73Se изотопымен белгіленген Sec (73Se-нің жартылай жойылу мерзімі = 7,2 сағат) позитрондық эмиссиялық томография (PET) зерттеулерінде, ал 75Se изотопымен белгіленген Sec (75Se-нің жартылай жойылу мерзімі = 118,5 күн) нақты радиобелгілеуде қолданылады. Сонымен қатар, Sec-ті ғана немесе Sec-ті селенометионинмен (SeMet) бірге енгізу арқылы белоктардың рентгендік кристаллографиясында көп толқынды аномальды дифракция арқылы фазаларды анықтау процесін жеңілдетуге, және ядролық спині бар тұрақты 77Se изотопын қосуға болады, оны жоғары ажыратымдылықтағы ЯМР (NMR) үшін пайдалануға болады.