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셀레늄이 결핍되면 세포의 셀레늄 단백질 합성 능력이 상실된다

셀레늄 함유 효소(Selenium-containing enzymes)

인간 세포에는 지금까지 selenocysteine을 함유한 셀레늄 단백질이 약 25 종류 발견되었다. 셀레늄이 결핍되면 세포의 셀레늄 단백질 합성 능력이 상실된다. 셀레늄 부족에 의한 건강 문제는 한 개 이상의 특이한 셀레늄 단백질 결핍에 의한 것이다. 실제로 TR1, TR3 및 GPx 4 등3종류의 셀레늄 단백질(selenoproteins)이 존재한다.

1818년 스웨덴 화학자 Berzelius가 처음 발견했다. 희랍어로 ‘달의 여신’ Selene’의 이름에서 따 온 것이다. 자연에서는 유황과 1: 1000 ~ 1: 100,000 비율로 존재한다. 생물학에서 셀레늄은 유황에 반해 ‘독성 원소’로 간주되었으나 Schwarz and Foltz가 세균, 포유류, 조류의 미세 영양소라는 사실을 발견 했다. 실험 동물에서 셀레늄 결핍 증후군에 대한 연구 후 15년 만인 1973년에서야 셀레늄 생화학이 대두되었다. 즉 2가지 세균 효소, formate dehydrog enase와 glycine reductase에 셀레늄을 함유하고 있다고 보고한 것이다. 또한 포유류에서 셀레늄의 생화학적 역할이 정립되어 항산화제 GPx의 활성 부위에 있는 셀레늄을 발견했다.
진핵 생물에서 formate dehydrogenases, hydrogenases, glycine reductase에서 Selenocysteine이 확인되었다. 반면에 selenium은 CO dehydrogenase에 있는 cysteine residue와 결합되어 있음을 알게 되었고 이 부위가 바로 산화환원 반응의 활성 중심이다. 원핵 생물에서는 글루타치온 외에도 iodothyroni
ne deiodinases, thioredoxin reductases, selenophosphate synthetase 및 selenoprotein P 등이 중요한 Selenoenzymes 이다.


셀레늄 단백질(selenoprotein)

Selenoproteins의 숫자는 최근에 급속하게 증가하고 있다
셀레늄의 영양학적 기능은 매우 중요하여 인간과 동물에 중요한 영양소다
Selenocysteine은 21번째 아미노산으로 간주한다. 셀레늄의 주요 생물학적 형태는 selenocysteine (Sec)형태로 나타난다.
셀레늄 단백질(selenoprotein)은 셀레노시스테인(selenocysteine) 잔유물(redidue)를 함유한다. 셀레늄 단백질은 모든 생명체에 존재하며 특히 진핵 생물에서 볼 수 있다. 신체 내 셀레늄은 대부분 단백질에서 발견된다. 서로 다른 아미노산이 결합회면 단백질이 되고 아미노산 사슬이 폴딩되어 3차원 구조를 이룬다. 효소는 생물학적 촉매로 자용하는 단백질이다. 셀레노시스테인(selenocysteine)은 시스테인과 비슷하지만 유황 대신 셀레늄이 들어있다.
셀레노시스테인의 셀레늄 원자는 유황보다 더 산성을 띤다. 시스테인은 신체 내에서 protonation(H+첨가)되지만 셀레노시스테인의 셀레늄은 음이온을 띠며 이 음성 전하 때문에 시스테인보다 더욱 활성을 띤다. 셀레늄은 전자를 주거나 받아들일 수 있다. 따라서 셀레늄 함유 효소는 다기능 촉매 기능이 있다.
셀레늄은 셀레노메치오닌(selenomethionine) 형태로도 존재하지만 비특이성 때문에 셀레늄 단백질로 간주되지 않는다.
아미노산의 selenol group은 불안정하며 공기 중에서 쉽게 산화되어 Diselenide가 된다. 그러나 Diselenide는 thiol(Dithiothreitol; DTT)에 의해 쉽게 환원 된다. 효소의 활성 중심에 시스테인 대신 Sec(selenocysteine) 잔유물이 존재하면 촉매 기능이 탁월해진다. 따라서 셀레늄 효소(selenoenzyme) 내의 Sec잔유물을 초활성(superactive ) 시스테인이라고 한다.
과량의 셀레늄은 독성을 나타낸다. 안전 범위는 10~100사이로 매우 낮다

1)GPx

GPx 활성부위의 아미노산 잔기(residue) 배열.
모든 GPx는 셀레노시테인, 트립토판(Trp)과 글루타민(Gln) 등 3가지 아미노산 잔기가 동일한 위치에 존재하여 촉매 삼총사를 이룬다. T게와 Gln 잔기가 셀레노시스테인(selenocysteine)의 셀레놀 그룹(selenol group) 안정화 및 활성화에 관여한다. 즉 Trp의 이미노(imino)그룹과 Gln의 아미도(amido)
그룹의 수소 결합에 의해 활성화 또는 안정화된다.
2) Iodothyronine deiodinases (ID)
갑상선은 TSH 자극에 의해 티록신(T4)을 주된 분비 산물로 만들어낸다. T4는 T3(3,5,3?-triiodothyronine ;T3)로 전환되어야 생물학적 활성을 보인다. T4->T3 전환 반응의 촉매가 되는 효소가 iodothyronine deiodinase (ID-I)이다. 이 효소는 selenocysteine을 함유하며 간, 신장, 갑상선, 뇌하수체에 많은 양이 존재한다. 갑상선은 inner ring deiodination에 의해 불활성 대사물인 rT3를 생성한다. Triiodo derivatives인 T3와 rT3는 각각 inner ring & outer ring deiodination에 의해 더욱 대사된다. 이때 필요한 효소가 ID-I, ID-II, ID-III이며 이것들이 불활성 대사물인 T2 (3,3?-T2, 3,5-T2 and 3?,5?-T2)를 만들어낸다. .
ID-I에 의해 촉매되는 5-deiodination은 pingpong bisubstrate reaction으로 효소의 selenol (or selenolate) group (E-SeH or E-Se?)이 먼저 T4와 반응하여 selenenyl iodide (E-SeI)를 형성한다. selenenyl iodide와 아직 확인되지 않은 세포 내 cofactor (DTT in vitro)가 반응하여 촉매 주기를 종료하고 효소 활성 부위를 재생한다.

3) Thioredoxin reductases (TrxR)
출처 : 이엠생명과학연구원 | 글쓴이 : 양서화 원글보기

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