Selenocystein

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Strukturformel
Strukturformel von L-Selenocystein    Strukturformel von D-Selenocystein
L-Selenocystein (links) bzw. D-Selenocystein (rechts)
Allgemeines
Name Selenocystein
Andere Namen
  • L-Selenocystein
  • (R)-Selenocystein
  • D-Selenocystein
  • (S)-Selenocystein
  • DL-Selenocystein
  • (RS)-Selenocystein
  • L-2-Amino-3-hydroselenopropansäure
  • Abkürzungen:
Summenformel C3H7NO2Se
CAS-Nummer
  • 10236-58-5 (L-Selenocystein)
  • 176300-66-6 (D-Selenocystein)
  • 3614-08-2 (DL-Selenocystein)
PubChem 6326983
Eigenschaften
Molare Masse 168,0 g·mol−1
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

L-Selenocystein (Abk. Sec oder U) ist die 21. proteinogene L-Aminosäure und ein reaktives Analogon des natürlichen L-Cysteins. Selenocystein enthält statt des Schwefelatoms ein Selenatom. D-Selenocystein ist enantiomer zu L-Selenocystein und besitzt nur geringe Bedeutung. Wenn in diesem Artikel oder in der wissenschaftlichen Literatur die Konfiguration nicht angegeben ist, steht „Selenocystein“ stets für L-Selenocystein.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

L-Selenocystein [Synonym: (R)-Selenocystein] ist mit der Aminosäure L-Cystein chemisch nahe verwandt, besitzt jedoch eine niedrigere Säurekonstante von pKs = 5,3 für die Selenolgruppe im Vergleich zu pKs = 8–10 für die Thiolgruppe des L-Cysteins. Auch ist Selenocystein redoxaktiver als Cystein. Diese Eigenschaften dürften ein wesentlicher Grund für den Einbau von L-Selenocystein in Enzyme sein. Selenocystein liegt überwiegend als inneres Salz bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton von der Carboxygruppe abgespalten wird und vom freien Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe aufgenommen wird:

Zwitterionen von L-Selenocystein (links) bzw. D-Selenocystein (rechts)

Im elektrischen Feld wandert das Zwitterion nicht, da es als Ganzes ungeladen ist. Genaugenommen ist dies am isoelektrischen Punkt (bei einem bestimmten pH-Wert) der Fall, bei dem das Selenocystein auch seine geringste Löslichkeit in Wasser besitzt.

Biochemie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der genetische Code gilt prinzipiell für alle Hauptformen des Lebens, jedoch gibt es einige Besonderheiten. Während der Standardcode den Zellen ermöglicht, Proteine aus den bekannten 20 α-Aminosäuren herzustellen, können Bakterien, Archaea und Eukaryoten während der Translation Selenocystein über einen als Rekodierung bezeichneten Mechanismus einbauen. Der Einbau von L-Selenocystein ermöglicht oft erst die Funktionsfähigkeit vieler essentieller Enzyme.

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es sind heute über 30 eukaryotische und mehr als 15 bakterielle Selenocystein-haltige Proteine bekannt. So treten bei Säugern u. a. verschiedene Glutathion-Peroxidasen, Tetraiodthyronin-Deiodinasen oder große Thioredoxin-Reduktasen und bei Bakterien und Archaeen Formiat-Dehydrogenasen, Hydrogenasen, Protein-Komponenten der Glycin-Reduktase- und D-Prolin-Reduktase-Systeme und mehrere Enzyme des Stoffwechselwegs der Methanbildung als selenocysteinhaltige Enzyme in Erscheinung.

Viele dieser Enzyme vermitteln Redox-Reaktionen. Bei ihnen befindet sich das reaktive Selenocystein im aktiven Zentrum. Besondere Bedeutung für Eukaryonten hat die Glutathion-Peroxidase als Mitglied einer zellulären „Abwehrbrigade“ gegen die Folgen des oxidativen Stress. Störungen in der Funktion solcher Selenoproteine gehen mit Mangelsyndromen wie der Keshan- und Kaschin-Beck-Krankheit einher und mögen eine Rolle bei der Tumorentstehung und Arteriosklerose spielen.

Biosynthese[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

tRNASec aus Escherichia coli. Modifizierte Basen sind in blau, das Anticodon in rot dargestellt.
Selenocystein: Bildung und Einbau in Proteine.

Biosynthetisch entsteht L-Selenocystein folgendermaßen (siehe auch Abbildung):

  • Bindung der α-Aminosäure L-Serin (Ser) an eine besondere tRNA (tRNASec) mit dem Anticodon UCA.
  • Diese tRNASec wird selenyliert, d. h. das L-Serin wird zu L-Selenocystein (Sec) umgesetzt, indem die Hydroxygruppe der Seitenkette durch Selenol (SeH) ersetzt wird. Dabei entsteht die Sec-tRNASec.

Der Biosyntheseweg unterscheidet sich also deutlich von anderen Aminosäuren welche zuerst als freie Aminosäuren gebildet und erst danach an eine tRNA gebunden werden.

Die Sec-tRNASec hat das Anticodon UCA und paart mit dem Codon UGA der mRNA. Normalerweise bewirkt das Codon UGA (opal Stoppcodon) die Termination der Translation. Bildet die mRNA jedoch eine Haarnadelstruktur aus, wird das Stoppcodon UGA ignoriert und das Selenocystein kann in das Protein eingebaut werden. Dieser Vorgang wird auch als Rekodierung bezeichnet.

Bei Bakterien findet sich eine solche Secis (selenocysteine insertion sequence) genannte Sequenz der mRNA in unmittelbarer Nachbarschaft zum UGA-Codon und nur das das benachbarte UGA-Codon wird rekodiert. Die Secis-Sequenz wird durch einen spezifischen, GTP-abhängigen Translationsfaktor, den Elongationsfaktor SelB, erkannt, welcher zugleich auch die Sec-tRNASec bindet. Nach dem Einbau des Selenocysteins wird die Secis-Sequenz vom Ribosom abgelesen und die entsprechenden Aminosäuren in das Protein eingebaut.

Bei Eukaryoten und Archaeen ist die Secis-Sequenz hingegen am 3' Ende der mRNA angebracht, rekodiert alle UGA-Codons der mRNA und wird nicht vom Ribosom abgelesen.[2] So enthält z. B. das menschliche Selenoprotein P 10 Selenocysteine.[3]

Der Einbau des L-Selenocysteins in das Protein geht bei Eukaryoten wie folgt weiter (siehe auch Abbildung):

  • Die Sec-tRNASec wird durch einen spezifischen, GTP-abhängigen Translationsfaktor, den (Translation) mSelB, gebunden.[4]
  • mSelB bildet einen Komplex mit einem weiteren Protein SBP2 welches die Secis-Sequenz erkennt.
  • Dieser Komplex (in der Abbildung als grüne Kugel dargestellt) ermöglicht nun die Neuinterpretation des Codons UGA und das Selenocystein wird in das Protein eingebaut. Die Translation muss durch ein anderes Stopcodon, entweder UAA oder UAG, (in der Abbildung als Stop gekennzeichnet) beendet werden.

Die Verhältnisse bei der Selenoproteinsynthese der Archaea sind noch nicht aufgeklärt.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Joseph W. Lengeler, G. Drews, Hans Günter Schlegel: Biology of the prokaryotes. Thieme, Stuttgart 1999, ISBN 3-13-108411-1, S. 185 ff.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Diese Substanz wurde in Bezug auf ihre Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  2. Berry, M. J., Banu, L., Harney, J. W., Larsen, P. R.: Functional Characterization of the Eukaryotic SECIS Elements which Direct Selenocysteine Insertion at UGA Codons. (PDF) In: The EMBO Journal. 12, Nr. 8, 1993, S. 3315–3322. PMID 8344267. PMC: 413599 (freier Volltext).
  3. Burk RF, Hill KE: Selenoprotein P: an extracellular protein with unique physical characteristics and a role in selenium homeostasis. In: Annu Rev Nutr. 25, 2005, S. 215–235. doi:10.1146/annurev.nutr.24.012003.132120. PMID 16011466.
  4. Fagegaltier D, Hubert N, Yamada K, Mizutani T, Carbon P, Krol A: Characterization of mSelB, a novel mammalian elongation factor for selenoprotein translation. In: The EMBO Journal. 1, 2000, S. 4796-4805. doi:10.1093/emboj/19.17.4796. PMID 10970870.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]