Selenocystein

Seleneocystein, die sog. “21te Aminosäure”: ein reaktives Analogon des Cysteins

Der genetische Code gilt prinzipiell für alle Hauptformen des Lebens, jedoch gibt es einige Besonderheiten. Während der Standard-Code es Zellen ermöglicht, Proteine aus den bekannten 20 Aminosäuren herzustellen, können Bakterien, Archaea und Eukaryoten während der Translation eine 21te Aminosäure über einen ‘’“Translationskodierung”’‘ genannten Mechanismus einbauen: Selenocystein (Sec). Selenocystein, das die Funktionsfähigkeit vieler essenzieller Enzyme (Glutathion-Peroxidase, Dejodase) erst ermöglicht, ähnelt dem Cystein, enthält jedoch statt des Schwefels ein Selenatom.

Selenocystein: Bildung und Einbau in Proteinketten

Biochemisch entsteht Sec nach der Bindung der Aminosäure Serin (Ser) an eine besondere Transfer-RNA (tRNA; Schritt 1). Diese tRNA selenyliert, d.h. das Serin wird in Selenocystein umgesetzt (Schritt 2), wobei tRNA^Sec entsteht. tRNA^Sec paart mit dem Codon UGA, das normalerweise "Translationsstopp" bedeutet. Bildet die mRNA darüber hinaus jedoch eine Schlaufen-artige (sog. ´stem-loop´-Struktur) aus, so kann diese Regel durchbrochen werden: das Stoppsignal wird ignoriert, dafür wird Sec eingebaut. Bei Bakterien findet sich eine solche ́Seciś (´selenocysteine insertion sequence´) genannte Sequenz in unmittelbarer Nachbarschaft zum UGA Codon, bei Eukaryoten (Abbildung) weit davon entfernt. Die gleichzeitige Anwesenheit von tRNA^Sec und Secis wird durch einen spezifischen, GTP-abhängigen Translationsfaktor (grüne Kugel) erkannt (3), der die Neu-Interpretation des UGA-Codeworts und damit den Einbau von Sec ermöglicht (4).

Mehrere Dekaden nach der Entdeckung des Selens als wichtiges Spurenelement in Wirbeltieren, sind heute über 30 eukaryotische und mehr als 15 bakterielle Sec-haltige Proteine bekannt. Viele davon sind Enzyme, die Redox-Reaktionen vermitteln und dort befindet sich das hochreaktive Selenocystein am aktiven Zentrum. Besondere Beachtung hat Glutathion-Peroxidase erlangt, die zur zellulären Abwehrbrigade gegen Folgen eines von oxidativem Stress gehören. Störungen in der Funktion solcher Selenoproteine gehe mit Mangelsyndromen wie der Keshan- und Kashin-Beck- Krankheit einher und mögen eine Rolle bei der Tumorentstehung und Artherosklerose spielen.