セレノプロテイン - システインの代わりにセレノシステインで発生するユニークな特性は何ですか？

セレノプロテインの決定的な存在は、その配列に少なくとも1つのセレノシステイン（SEC）残基を含めることです。21番目の自然発生遺伝的にエンコードされたアミノ酸であるSECは、単一の原子の同一性によって、より一般的な構造的類似性システイン（CYS）とは異なります。SECには、CYSに含まれる硫黄の代わりにセレンが含まれています。Seleniumには明らかに硫黄とは異なるユニークな化学的性質がありますが、おそらく2つの要素の間の類似性が顕著です。セレンは、ヨーンズ・ジェイコブ・ベルゼリウスによって発見されました。ジェイコブ・ベルゼリウスは、カロリンスカ研究所になる機関を設立するために有名なスウェーデンの科学者です。Karolinska Institutetの2周年記念記念日の機会に書かれたこのミニレビューは、CYSの代わりにSECを含めるとタンパク質で発生する可能性のあるユニークなセレン由来の特性に焦点を当てています。セレノプロテインをコードする25のヒト遺伝子と、本質的に記載されている合計数千のセレノプロテインでは、SECの単一のセレン原子の存在が特定の特徴を伝え、それによってセレノプロテンの存在を要求し、エネルギー的に費用のかかるSECにもかかわらず説明する可能性が高いようです。 - 特異的合成機械。それにもかかわらず、現在既知のセレノプロテインのすべてではないにしても、ほとんどのほとんどは、他の生物のCysを含む非セレノプロテインオーソログとしても見られます。自由SEC（約5.2）のPK（a）は、Free CYS（約8.5）のPK（約5.2）よりも大幅に低いことが、SECのユニークな機能の1つとしてしばしば提案されています。ただし、ここで説明したように、このPK（A）とCYSの違いは、セレノプロテインの維持に進化的圧力を提供することはほとんどできません。さらに、セレノプロテイン酸化還元酵素のSECからCYS変異体の通常10〜100倍低い酵素効率は、セレノプロテインの全体的な存在に対する弱い議論でもあります。しかし、ここでは、CYSと比較して、CYSと比較して、電気栄養素とのより高い化学反応速度が、CYSの根拠によっても容易に模倣されないSECの真にユニークな特性であるように見えることが強調されています。タンパク質の微小環境。SECで得られた化学速度の向上は、いくつかのCys依存性タンパク質の低酸化還元電位から生じるもの以外の結果をもたらす可能性があり、通常は酸化還元平衡の維持を目指しています。CYSと比較したSECのもう1つのユニークな側面は、1電子移動反応をサポートする効率的な効力であるように思われますが、既知のセレノプロテイン酵素の自然触媒中のSEC依存ステップとしてまだ明確に示されていません。

The defining entity of a selenoprotein is the inclusion of at least one selenocysteine (Sec) residue in its sequence. Sec, the 21st naturally occurring genetically encoded amino acid, differs from its significantly more common structural analog cysteine (Cys) by the identity of a single atom: Sec contains selenium instead of the sulfur found in Cys. Selenium clearly has unique chemical properties that differ from sulfur, but more striking are perhaps the similarities between the two elements. Selenium was discovered by Jöns Jacob Berzelius, a renowned Swedish scientist instrumental in establishing the institution that would become Karolinska Institutet. Written at the occasion of the bicentennial anniversary of Karolinska Institutet, this mini review focuses on the unique selenium-derived properties that may potentially arise in a protein upon the inclusion of Sec in place of Cys. With 25 human genes encoding selenoproteins and in total several thousand selenoproteins yet described in nature, it seems likely that the presence of that single selenium atom of Sec should convey some specific feature, thereby explaining the existence of selenoproteins in spite of demanding and energetically costly Sec-specific synthesis machineries. Nonetheless, most, if not all, of the currently known selenoproteins are also found as Cys-containing non-selenoprotein orthologues in other organisms, wherefore any potentially unique properties of selenoproteins are yet a matter of debate. The pK(a) of free Sec (approximately 5.2) being significantly lower than that of free Cys (approximately 8.5) has often been proposed as one of the unique features of Sec. However, as discussed herein, this pK(a) difference between Sec and Cys can hardly provide an evolutionary pressure for maintenance of selenoproteins. Moreover, the typically 10- to 100-fold lower enzymatic efficiencies of Sec-to-Cys mutants of selenoprotein oxidoreductases, are also weak arguments for the overall existence of selenoproteins. Here, it is however emphasized that the inherent high nucleophilicity of Sec and thereby its higher chemical reaction rate with electrophiles, as compared to Cys, seems to be a truly unique property of Sec that cannot easily be mimicked by the basicity of Cys, even within the microenvironment of a protein. The chemical rate enhancement obtained with Sec can have other consequences than those arising from a low redox potential of some Cys-dependent proteins, typically aiming at maintaining redox equilibria. Another unique aspect of Sec compared to Cys seems to be its efficient potency to support one-electron transfer reactions, which, however, has not yet been unequivocally shown as a Sec-dependent step during the natural catalysis of any known selenoprotein enzyme.