Selenoproteïnes
1. Les selenoproteïnes
2. Paper biològic del seleni
3. Per què és difícil identificar selenoproteïnes?
4. Historia de les selenoproteïnes
5. Selenoproteïnes en els protistes
1. Les selenoproteïnes
Les selenoproteïnes son proteïnes que incorporen selenocisteïna, l’aminoàcid número vint-i-u. La selenocisteïna (Sec) és un anàleg de la cisteïna (Cys) que conté un àtom de seleni (Se) en lloc de sofre (S). Les selenoproteïnes es troben en tots els dominis de la vida (archaea, eubacteria i eucaria). El nombre de selenoproteïnes varia d’una espècie a una altra. Per exemple, els peixos tenen aproximadament trenta selenoproteïnes, mentre que C.Elegans en té només una. Les selenoproteïnes són el principal reservori de seleni en els metazous.
L’aminoàcid selenocisteïna és codificat pel codó UGA, el qual normalment és un codó de terminació de la traducció. La recodificació del codó UGA com a codó de l'aminoàcid selenocisteïna és mediada per una estructura tridimensional a la regió 3’UTR del gen. Aquesta estructura rep el nom de SElenoCystein Insertion Sequence (SECIS Element). Aquest element recluta una proteïna anomenada SECIS Binding Protein (SBP2), la qual s’uneix a un factor d’elongació específic de selenoproteïnes (Efsec). Efsec aproxima el tRNA de la selenocisteïna al codó UGA de l'mRNA de les selenoproteïnes i en determina la seva traducció a selenocisteïna; la traducció de l'mRNA continua fins que, eventualment, el ribosoma reconeix un nou codó de terminació.
Altres proteïnes participen específicament en la síntesi de selenocisteïna. Entre aquestes es troben la selenofosfat sintetasa (SPS1 i SPS2), la selenocisteïna sintasa (SLA/LP),la fosfoseril tRNA quinasa (PSTK) i la proteïna associada a selenocisteïna (SECP43).
2. EL paper biològic del seleni
El seleni és tòxic en grans quantitats però és essencial en quantitats traça per a la funció cel·lular de la major part d'animals, ja que té propietats antioxidants i un efecte protector sobre el DNA en contribuir a la neutralització dels radicals lliures i a l'apoptosi. A més a més, estimula el sistema immunitari i intervé en el funcionament de la glàndula tiroidea. El seleni forma part del centre actiu dels enzims glutatió peroxidasa, tioredoxina reductasa i deiodinases.
Fa 3 bilions d'anys, els primers organismes unicel·lulars fotosintètics (algues blaves i verdes) van començar a alliberar oxigen a l'atmosfera, un gas tòxic per a la resta d'organismes degut a la seva acció oxidativa. No obstant, aquests organismes unicel·lulars fotosintètics contenien enzims peroxidasa amb seleni o iode al centre actiu que els conferien una acció antioxidant protectora. El seleni és present a la família d'enzims antioxidants glutatió peroxidasa (GSH-Px) de cèl·lules procariotes marines.
Més endavant, el seleni va ser incorporat en forma de selenocisteïna a bacteris, archea i en d'altres eucariotes. Les famílies de selenoproteïnes GSH-Px es troba en algues verdes, diatomees, eriçons de mar, peixos i també en el pollastre, i la seva funció és reparar membranes cel·lulars danyades. D'altra banda, la subfamília d'enzims glutatió S-transferases evita mutacions i repara el DNA danyat.
Fa 500 milions d'anys, els organismes marins van començar la colonització del medi terrestre. La deficiència d'antioxidants minerals marins com el iode i el seleni en aquest nou ambient, va suposar un repte per a l'evolució de la vida a la superfície terrestre. Els organismes marins van retenir i en determinades ocasions van expandir els seus selenoproteomes, mentre que els selenoproteomes de certs organismes terrestres es van reduir o es van perdre completament. Això suggereix que, amb excepció dels vertebrats, l'hàbitat aquàtic condueix a la utilització del seleni, mentre que l'hàbitat terrestre tendeix a reduir l'ús d'aquest element. Les glàndules tiroides de peixos i vertebrats tenen la major concentració de seleni i iode.
Fa 200 milions d'anys, els mamífers van desenvolupar noves selenoproteïnes en forma d'enzims GSH-Px.
3. Per què és difícil identificar selenoproteïnes?
La utilització excepcional del codó UGA per a codificar Sec dificulta la identificació de les selenoproteïnes, perquè hom assumeix, gairebé sense excepció, que aquest és un codó de terminació. La identificació de selenoproteïnes en els genomes dels organismes eucariotes requereix, en conseqüència, la utilització de mètodes ad hoc. Tot i així, és considerablement difícil caracteritzar completament el conjunt de proteïnes (el selenoproteoma) codificat en un determinat genoma. Hom desconeix, en conseqüència, el selenoproteoma de la majoria dels genomes seqüenciats, tant d’organismes eucariotes com procariotes.
4. La història natural de les selenoproteïnes
Els selenoproteomes coneguts, tanmateix, ens ofereixen una visió fins a cert punt desconcertant de l’evolució d’aquestes proteïnes. Cada una d’elles sembla tenir la seva pròpia història evolutiva: poden ser presents en una determinada espècie o grup taxonòmic, absents en un altre grup filogenèticament proper, i en canvi tornar a ser presents (com a selenoproteïnes o homòlegs amb Cys) en un grup taxonòmic filogenèticament allunyat. Cada nou genoma analitzat aporta noves sorpreses i fa que calgui repensar fets que es donaven gairebé per establerts. Per exemple, fins fa poc hom pensava que les selenoproteïnes eren essencials per la vida animal, ja que tots els animals coneguts tenien selenoproteïnes i C. Elegans manté tota la maquinària molecular necessària només per a sintetitzar una selenoproteïna. Tanmateix, després de l’obtenció de la seqüència del genoma de dotze espècies de Drosophila, es va veure, mitjançant anàlisis computacionals, que D. willistoni no té selenoproteïnes i ha perdut la capacitat de codificar-ne. L’anàlisi d’un nombre de genomes d’insectes seqüenciats el darrer any ens ha permès comprovar que les selenoproteïnes s’han extingit en moltes altres espècies d’insectes—tot i que n’hi ha d’altres que encara les mantenen.
5. Les selenoproteïnes en els genomes de protistes
Entre els grups taxonòmics en el quals la distribució de selenoproteïnes és més diversa i consegüentment, més desconeguda, hi ha els eucariotes unicel·lulars, els anomenats protistes. Òbviament, això es deu, en part, a la gran diversitat taxonòmica que caracteritza aquests organismes i a la gran distància filogenètica que els separa. De la trentena de genomes d’organismes protistes seqüenciats, només en mitja dotzena de casos el selenoproteoma ha estat investigat específicament.
