Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В молекулярной биологии селенопротеин – это любой белок, включающий в себя аминокислотный остаток селеноцистеина (Sec, U, Se Cys). Среди функционально изученных селенопротеинов выделяют пять глутатионпероксидаз (GPX) и три тиоредоксинредуктазы (TrxR/TXNRD), каждый из которых содержит только один остаток Sec. Селенопротеин P является наиболее распространенным селенопротеином, обнаруживаемым в плазме крови. Он необычен тем, что у человека содержит 10 остатков Sec, разделенных на два домена: более длинный N-терминальный домен, содержащий 1 Sec, и более короткий C-терминальный домен, содержащий 9 Sec. Предполагается, что более длинный N-терминальный домен является ферментативным, а более короткий C-терминальный домен служит для безопасной транспортировки высокореактивного атома селена по всему организму.
In molecular biology a selenoprotein is any protein that includes a selenocysteine (Sec, U, Se Cys) amino acid residue. Among functionally characterized selenoproteins are five glutathione peroxidases (GPX) and three thioredoxin reductases, (TrxR/TXNRD) which both contain only one Sec. Selenoprotein P is the most common selenoprotein found in the plasma. It is unusual because in humans it contains 10 Sec residues, which are split into two domains, a longer N terminal domain that contains 1 Sec, and a shorter C terminal domain that contains 9 Sec. The longer N terminal domain is likely an enzymatic domain, and the shorter C terminal domain is likely a means of safely transporting the very reactive selenium atom throughout the body.
Распределение видов
Селенопротеины обнаружены во всех основных доменах жизни – эукариотах, бактериях и археях. Среди эукариотов селенопротеины широко распространены у животных, но редки или отсутствуют в других типах. Один селенопротеин был идентифицирован у зеленой водоросли Chlamydomonas, однако в большинстве других растений и грибов они практически не встречаются. Американская клюква (Vaccinium macrocarpon Ait.) – единственное известное наземное растение, обладающее генетическим аппаратом для синтеза селеноцистеина в своем митохондриальном геноме, хотя степень его функциональности пока не установлена. Среди бактерий и архей селенопротеины присутствуют лишь в некоторых линиях, в то время как во многих других филогенетических группах они полностью отсутствуют. Эти наблюдения были недавно подтверждены анализом геномов, который показал наличие или отсутствие генов селенопротеинов и вспомогательных генов, необходимых для их синтеза, в различных организмах.
Selenoproteins exist in all major domains of life, eukaryotes, bacteria and archaea. Among eukaryotes, selenoproteins appear to be common in animals, but rare or absent in other phyla—one has been identified in the green alga Chlamydomonas, but almost none in other plants or in fungi. The American cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) is the only land plant known to possess sequence level machinery for producing selenocysteine in its mitochondrial genome, although its level of functionality is not yet determined. Among bacteria and archaea, selenoproteins are only present in some lineages, while they are completely absent in many other phylogenetic groups. These observations have recently been confirmed by whole genome analysis, which shows the presence or absence of selenoprotein genes and accessory genes for the synthesis of selenoproteins in the respective organism.
Типы
Помимо селеноцистеинсодержащих селенопротеинов, существуют также некоторые селенопротеины, известные из бактериальных видов, которые связывают селен нековалентно. Считается, что большинство этих белков содержат селенидный лиганд к молибдоптериновому кофактору в активных центрах (например, никотинатдегидрогеназа *Eubacterium barkeri* или ксантиндегидрогеназы). Селен также специфически включается в модифицированные основания некоторых тРНК (в виде 2-селено-5-метиламинометилуридина). Кроме того, селен присутствует в белках в виде неспецифически включенного селенометионина, заменяющего остатки метионина. Белки, содержащие такие неспецифически включенные остатки селенометионина, не рассматриваются как селенопротеины. Однако замена всех метионинов на селенометионины является широко используемым современным методом решения фазовой проблемы при рентгеноструктурном анализе многих белков (MAD-фазирование). В то время как замена метионинов на селенометионины, по-видимому, переносится (по крайней мере, в бактериальных клетках), неспецифическое включение селеноцистеина вместо цистеина представляется высокотоксичным. Это может быть одной из причин существования довольно сложного пути биосинтеза селеноцистеина и его специфического включения в селенопротеины, что предотвращает появление свободной аминокислоты в качестве промежуточного продукта. Таким образом, даже если селеноцистеинсодержащий селенопротеин поступает с пищей и используется в качестве источника селена, аминокислота должна быть деградирована перед синтезом нового селеноцистеина для включения в селенопротеин.
Besides the selenocysteine containing selenoproteins, there are also some selenoproteins known from bacterial species, which have selenium bound noncovalently. Most of these proteins are thought to contain a selenide ligand to a molybdopterin cofactor at their active sites (e. g. nicotinate dehydrogenase of Eubacterium barkeri, or xanthine dehydrogenases). Selenium is also specifically incorporated into modified bases of some tRNAs (as 2 seleno 5 methylaminomethyl uridine). In addition, selenium occurs in proteins as unspecifically incorporated selenomethionine, which replaces methionine residues. Proteins containing such unspecifically incorporated selenomethionine residues are not regarded as selenoproteins. However, replacement of all methionines by selenomethionines is a widely used, recent technique in solving the phase problem during X ray crystallographic structure determination of many proteins (MAD phasing). While the exchange of methionines by selenomethionines appears to be tolerated (at least in bacterial cells), unspecific incorporation of selenocysteine in lieu of cysteine seems to be highly toxic. This may be one reason for the existence of a rather complicated pathway of selenocysteine biosynthesis and specific incorporation into selenoproteins, which avoids the occurrence of the free amino acid as intermediate. Thus, even if a selenocysteine containing selenoprotein is taken up in the diet and used as selenium source, the amino acid must be degraded prior to synthesising a new selenocysteine for incorporation into a selenoprotein.
Клиническое значение
Селен — жизненно важное питательное вещество для животных, включая человека. На данный момент в клетках и тканях человека обнаружено около 25 различных селеноцистеинсодержащих селенопротеинов. Поскольку недостаток селена лишает клетку способности синтезировать селенопротеины, считается, что многие последствия для здоровья, связанные с низким потреблением селена, обусловлены отсутствием одного или нескольких специфических селенопротеинов. Три селенопротеина — TXNRD1 (TR1), TXNRD2 (TR3) и глутатионпероксидаза 4 (GPX4) — оказались необходимыми в экспериментах с нокаутом у мышей. С другой стороны, избыточное потребление селена с пищей вызывает токсические эффекты и может привести к отравлению селеном. Граница между необходимыми и токсичными концентрациями этого элемента довольно узкая, и составляет от 10 до 100 раз. Мутации в селенопротеине N (SELENON, ранее SEPN1) у человека вызывают подтип врожденной мышечной дистрофии, известный как миопатия, связанная с SELENON.
Selenium is a vital nutrient in animals, including humans. About 25 different selenocysteine containing selenoproteins have so far been observed in human cells and tissues. Since lack of selenium deprives the cell of its ability to synthesize selenoproteins, many health effects of low selenium intake are believed to be caused by the lack of one or more specific selenoproteins. Three selenoproteins, TXNRD1 (TR1), TXNRD2 (TR3) and glutathione peroxidase 4 (GPX4), have been shown to be essential in mouse knockout experiments. On the other hand, too much dietary selenium causes toxic effects and can lead to selenium poisoning. The threshold between essential and toxic concentrations of this element is rather narrow with a factor in the range of 10 100. Mutations in Selenoprotein N (SELENON, formerly SEPN1) in humans cause a subtype of congenital muscular dystrophy known as SELENON related myopathy.