Selenocisteina: struttura, proprietà, funzioni

L’acido 3-selenil-2-amminopropanoico noto come selenocisteina (SEC) è un amminoacido che costituisce una delle principali forme naturali di selenio. Si presenta chimicamente simile alla cisteina e tuttavia fornisce un vantaggio selettivo per particolari funzioni enzimatiche redox. Promuovono una serie di trasformazioni chimiche importanti per la regolazione delle specie reattive dell’ossigeno, l’omeostasi redox e il metabolismo degli ormoni tiroidei.

In altri organismi, le selenoproteine ​​sono coinvolte nella riduzione della CO₂ in metano e nella produzione di molecole ricche di energia come formiato e glicina.

Sebbene essenziale per gli organismi umani e altri ben studiati nell’albero della vita, molte specie viventi non impiegano la selenocisteina, spesso sostituendola nei siti catalitici con la cisteina.
La selenocisteina è  un amminoacido naturale, osservato per la prima volta nel 1986  presente in fonti:

• animali come carne, pollo, pollame, uova, pesce, frutti di mare, formaggio e tacchino
• vegetali come grano, mais, avena, riso, noci del Brasile e semi di soia

È il 21° amminoacido proteinogenico ovvero un amminoacido usato per la costruzione delle proteine.

Struttura

La selenocisteina ha una struttura analoga a quella della cisteina ma ha un atomo ma presenta un atomo di selenio invece che un atomo di zolfo che appartiene allo stesso gruppo 16 della Tavola Periodica. Questo singolo cambiamento conferisce proprietà chimiche distinte alla Sec che sono cruciali per la funzione delle selenoproteine. Queste proprietà includono un pK_a inferiore, un maggiore potere nucleofilo e un’ossidazione reversibile.

Presentando un carbonio asimmetrico ha due enantiomeri ma, come avviene per i prodotti naturali, uno solo degli isomeri è quello che si presenta prevalentemente. Nel caso della selenocisteina l’isomero L è quello prevalente.

La Sec è  facilmente ossidata per formare dei ponti del tipo Se-Se detti diseleniuri, che possono essere sfruttati nelle reazioni redox e migliorare la stabilità proteica analogamente alla cisteina che forma ponti disolfuro

Proprietà

La selenocisteina è una forma biologica attiva dell’elemento presente nelle selenoproteine. A causa  della sua propensione a ossidarsi nell’aria non è disponibile in commercio e per lo stesso motivo non si trova facilmente in un pool di amminoacidi cellulari. .

Come tutti gli amminoacidi può presentarsi in forma zwitterionica e ha un pK_a relativo al gruppo carbossilico di 1.27 e di 8.4 relativo al gruppo amminico. Quindi a pH minore di 1.27 si presenta in forma protonata e a un pH maggiore di 8.4 in forma deprotonata. Ha quindi un valore di pH isoelettrico pari a 1.27 + 8.4/2 = 4.8

A differenza di altri 20 amminoacidi la selenocisteina non è semplicemente codificata direttamente in triplette nel codice genetico che specifica venti amminoacidi oltre ad alcuni segnali di inizio e stop.  Le cellule leggono selenocisteina, in modo alternativo tramite il codone UGA che normalmente è un codone di arresto.

La cellula quindi per poter codificare questo amminoacido utilizza una sequenza di basi azotate che è posta dopo il codone UGA. Questa sequenza è riconosciuta da un fattore di allungamento che trasporta il t-RNA che lega la selenocisteina verso il ribosoma dove avviene la sintesi proteica secondo una “ricodifica traslazionale”.

Funzioni

La selenocisteina si trova nei siti attivi degli enzimi appartenenti alla classe delle ossidoreduttasi come glutatione perossidasi, tioredossina reduttasi e iodotironina deiodinasi.

Si trova in 25 selenoproteine ​​e selenoenzimi umani importanti per i processi cellulari fondamentali che vanno dal mantenimento dell’omeostasi del selenio alla regolazione del metabolismo.

Le proteine ​​che funzionano come enzimi, di cui Sec è un componente chiave, sono conosciute come selenoenzimi. Questi sono enzimi antiossidanti che combattono i “radicali liberi” all’interno delle cellule e quindi implicati nell’invecchiamento e nei disordini metabolici. Inoltre, il selenio e i selenoenzimi in cui è incorporato sono fondamentali per la regolazione dell’attività dell’ormone tiroideo.