Selenoproteinas: biosíntesis y funciones fisiológicas

Este trabajo tiene como objetivos entender la biosíntesis de las selenoproteínas, definir el concepto y relación entre selenoproteínas, selenocisteínas y selenio, además conocer e identificar las diferentes funciones e implicaciones de las selenoproteínas en nuestro organismo, es decir los beneficios y daños causados por la presencia o ausencia del selenio en el cuerpo humano.

Lo primero que se debe saber es que la cantidad de Selenio presente en el hombre varía de forma importante en los diferentes países, ya que depende de la cantidad de elemento ingerido en la dieta (alimentos, vegetales y animales) lo cual es función directa de la cantidad de Se presente en los suelos, EN el agua o EN el ambiente y se ha demostrado que estas cantidades ambientales de Se son muy distintas en cada país.

La deficiencia de selenio puede causar afecciones como la enfermedad de Keshan y la Osteoartropatía de Kashin-Beck. La deficiencia de selenio se hace evidente con frecuencia en pacientes que están recibiendo alimentación parenteral total como su única fuente de nutrición, pero si bien la carencia de selenio resulta perjudicial para la salud, su exceso puede resultar tóxico y esto ocurre en casos excepcionales y probables sólo cuando se supera la dosis de 500 microgramos diarios. Sus efectos pueden expresarse con la aparición de la enfermedad denominada selenosis, la que se identifica, entre otros síntomas, por la pérdida del cabello y uñas, aliento a ajo, lesiones dermatológicas y trastorno gastrointestinal.

Otro factor importante es la forma biológica en la que se ingiere el Se que puede ser: selenio-metionina (Se-Met) o selenio-cisteína (Se-Cys) o también se ingiere de forma libre (selenato y selenito), la primera forma se obtiene exclusivamente de la dieta constituyendo un compartimiento de selenio no regulado y es así como se almacena en los tejidos. Las otras formas del selenio constituyen un compartimiento de Se-Cys regulado, ésta es la forma como aparece en las proteínas denominadas Selenoproteínas.

Síntesis de selenoproteinas

Antes de describir el proceso completo y general de las selenoproteínas, se deben tener en cuenta los siguientes 3 conceptos:

• 1. Las selenoproteínas contienen selenocisteína (Sec), este es un aminoácido muy similar a la cisteína, pero incorpora selenio en lugar de azufre. Las Sec son aminoácidos codificados por el codón UGA, que en las proteínas normales corresponde a un codón STOP pero en la formación de selenoproteínas la Sec se introduce sin finalizar la traducción. El rol dual del codón UGA en las selenoproteínas las hace indetectables para los programas de predicción de genes, y en consecuencia, los genes que codifican para selenoproteínas están en general incorrectamente anotados en los genomas de organismos eucariotas.

• 2.  La pregunta ahora es ¿Cómo se hace la discriminación entre UGA stop y UGA SeCys, cuando el codón UGA lleva a nivel del ribosoma? para eso hay un mecanismo especializado que identifica este codón como Sec y no como un codón STOP: la secuencia de inserción de selenocisteínas (SECIS)

Fig.1

La estructura SECIS, está caracterizada por:

– Encontrarse en el extremo 3'UTR del gen.

– Tiene una estructura stem-loop

– Permite insertar una selenocisteína en el momento de la traducción

– Sin elemento SECIS, el codón UGA atura la traducción.

– Esta estructura se deriva del apareamiento de bases del RNA, que normalmente presenta un apareamiento de bases no canónicas A-G, críticos para la función de éste.

– Normalmente presenta dos hélices, un loop interno y un loop apical.

Fig.2

Estructura SECIS

• 3. El selenocysteil-tRNA (transfer RNA con Sec en amarillo) se muestra en un complejo con EFsec, SBP2 y el elemento SECIS. El complejo está listo para la donación de selenocysteil-tRNA al sitio A del ribosoma para ser decodificado por UGA (mostrado en el mRNA en negro). Una vez la SectRNA[Ser]Sec es donada al sitio A, se transfiere al sitio peptídico y la Sec es incorporada al selenopéptido o selemoproteína que se está formando (mostrada como bolas en amarillo y naranja), así la traducción de la proteína continúa hasta el siguiente codón stop.

Fig. 3 La estructura SECIS recluta la SBP2 (SECIS proteína de unión), que une eEFsec (un factor de elongación eucariótico específico de selenoproteínas).

La síntesis de selenoproteínas, gracias al SectRNA[Ser]Sec resulta de la metabolización del selenocysteil-tRNA: