Selenocisteina Sintasi
Tra i vari oligoelementi contenuti in minima quantità
negli integratori alimentari o nei complessi multivitaminici, spesso è
presente anche il selenio. Questo, però, è un elemento
che va assunto con grande cautela. In generale, infatti, i composti del
selenio sono tossici e hanno uno sgradevole odore di aglio, d'altra parte,
però, quantità minime di selenio sono essenziali per la nostra
salute. Gli atomi di selenio sono simili a quelli di zolfo, si trovano uno
sotto l'altro nella Tavola Periodica degli Elementi e quindi hanno proprietà
simili. I composti del selenio, però, sono in generale un po' più
reattivi.
Alcune proteine specializzate, che contengono selenio, hanno bisogno proprio
di questa reattività extra per svolgere il loro compito. Per esempio,
se è presente il selenio al posto dello zolfo, l'enzima tioredoxina
reduttasi aumenta di 100 volte la sua velocità di catalisi e
l'enzima formiato deidrogenasi diventa 300 volte più veloce.
Selenometionina e Selenocisteina
Due dei venti amminoacidi che compongono le proteine
contengono atomi di zolfo, metionina e cisteina, entrambi
possono essere sintetizzati anche nella versione con il selenio al posto
dello zolfo.
La selenometionina non viene sintetizzata intenzionalmente nelle
cellule, ma viene creata di tanto in tanto accidentalmente dai normali
enzimi che sintetizzano la metionina. Dato che la sua reattività
è abbastanza simile a quella della normale metionina, la sua eventuale
presenza non costituisce un problema per la proteina. La selenometionina,
d'altra parte, è molto utile ai chimici cristallografi che devono
determinare la struttura tridimensionale delle proteine, infatti il selenio
è più grande e ricco di elettroni dello zolfo ed è
più facile da localizzare negli esperimenti di diffrazione ai raggi
x.
La selenocisteina, invece, è più reattiva della normale
cisteina e viene introdotta in speciali selenoproteine quando è
necessario.
Il Ventunesimo Codone
E' stata una sorpresa scoprire che le cellule hanno
modificato il loro codice genetico per introdurre la selenocisteina nelle
proteine. Il codice genetico comune a tutti gli organismi della Terra
specifica venti amminoacidi oltre ad alcuni segnali di inizio e stop.
Per poter aggiungere il ventunesimo amminoacido, selenocisteina,
a questo codice, le cellule leggono in modo alternativo il codone UGA
che normalmente significa stop. Questo però pone un problema: come
fa la cellula a sapere quando leggere UGA come stop e quando deve leggerlo
come selenocisteina? Questo viene realizzato con una speciale sequenza
di basi azotate che è posta dopo il codone UGA. Nei batteri questo
segnale segue immediatamente il codone UGA, ed è quindi all'interno
della porzione codificante dell'RNA messaggero. Nelle nostre cellule,
invece, il segnale si trova molto più avanti, alla fine della porzione
codificante. Come si può vedere nella prossima pagina, questa sequenza
viene riconosciuta da uno speciale fattore
di allungamento (Molecola del mese 09-2006) che trasporta il tRNA
che lega la selenocisteina verso il ribosoma dove avviene la sintesi proteica.
Selenio Insidioso
Dato che selenio e zolfo sono molto simili, le cellule
devono assicurarsi che la selenocisteina non si leghi al normale tRNA
della cisteina altrimenti verrebbe introdotta accidentalmente nel punto
sbagliato durante la sintesi proteica. Per risolvere questo problema,
il complesso selenocisteina tRNA viene costruito in tre stadi.
Nel primo stadio, un amminoacido serina (che ha un gruppo OH al
posto del gruppo SH della cisteina) viene legato al tRNA della selenocisteina.
Nel secondo stadio il gruppo OH della serina viene fosforilato
da un enzima e viene così reso più reattivo.
Nel terzo stadio, l'ossigeno fosforilato della serina viene sostituito
col selenio dall'enzima selenocisteina sintasi mostrato qui in alto dal
file PDB 3bc8.
Il piccolo enzima selenofosfato sintasi, mostrato in basso dal file PDB
2yye, crea una forma attivata di selenio
che è necessaria per questa reazione.
Con questo processo a stadi, non è necessario che un enzima sappia
svolgere il difficile compito di distinguere la selenocisteina dalla cisteina
per legarla al corrispondente tRNA.
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