La sélénocystéine est un acide α-aminé atypique, appartenant à la catégorie des acides aminés protéinogènes. Son énantiomère L est encodé sur les ARN messagers par le codon-stop opale UGA, en présence d’un élément SECIS.

Description de la sélénocystéine

Elle est associée à des protéines spécifiques, notamment des enzymes de la classe des oxydoréductases appelées « sélénoprotéines ». Ces dernières sont codées par trois gènes de l’Escherichia coli. Ce processus conduit à la production de formate déshydrogénase, dont certaines formes renferment de la sélénocystéine dans leur site actif.

L’abréviation définie par l’IUPAC (Union internationale de chimie pure et appliquée) pour désigner cette substance est « Sec », tandis que celle admise par l’IUBMB (Union internationale de biochimie et de biologie moléculaire) est « U ».

En tant qu’analogue sélénié de la cystéine, elle participe à la constitution d’autres sélénoprotéines :

• la glutathion peroxydase ;
• la thiorédoxine réductase ;
• les iodothyronines désiodases ;
• la glycine réductase.

Contrairement à la plupart des acides aminés non standards, la sélénocystéine n’est pas formée par modification post-traductionnelle de l’ARNm. Elle se distingue des autres aminoacides rares par son incorporation directe dans la chaîne polypeptidique par le ribosome au cours de la synthèse protéique.

Sa présence est indispensable au bon fonctionnement de nombreux processus cellulaires, notamment en tant que forme alimentaire du sélénium antioxydant.

Historique de la sélénocystéine

En 1941, la découverte d’un acide aminé renfermant du sélénium a conduit à son isolement. Plus tard, il a été identifié comme étant la méthylsélénocystéine. En 1976, cette dernière a été établie en 1976 en tant que composant sélénié des sélénoprotéines.

Structure et propriétés de la sélénocystéine

Bien que son nom puisse prêter à confusion, la sélénocystéine est métabolisée par l’organisme à partir de la sérine. Cette conversion s’effectue alors que le résidu d’acide aminé est déjà lié à son ARN de transfert.

La structure de cet acide α-aminé est semblable à celle de la cystéine. En effet, l’atome de soufre qui constitue cette dernière est remplacé par du sélénium, transformant le groupe thiol en groupe sélénol.

À l’instar des autres acides aminés, elle est formée par un groupement COOH et un groupement NH₂, participant aux liaisons peptidiques. Un atome de sélénium (CH₂-SeH) est fixé à sa chaîne latérale.

Incorporation dans les protéines

L’intégration de la sélénocystéine dans les protéines est un processus complexe en raison de l’absence d’un codon spécifique. Un codon UGA, signalisant la fin de la traduction et traditionnellement nommé « codon-stop », le remplace sur l’ARN messager. Un ARNt spécifique, avec un anticodon complémentaire de UGA, permet cette incorporation dans la chaîne polypeptidique en formation. Le mécanisme permettant la distinction entre ces deux codons nécessite une machinerie protéique spécifique, impliquant l’ARNt sélénocystéine et facilitant son affiliation au site A du ribosome pendant l’étape d’élongation.

Ce processus inclut l’isopenténylation du complexe sélénocystéinyl-ARNtSec, marquée par l’ajout d’une courte chaîne hydrocarbonée sur une adénine de l’ARNt.

L’ARNm présente un élément de structure secondaire spécifique appelé « élément SECIS » (pour Selenocystein insertion sequence). Il est essentiel au recrutement du complexe protéine/ARNt chargé, permettant ainsi l’incorporation du sélénocystéinyl-ARNt au site A du ribosome.

Chez les bactéries, ce système comprend le facteur protéique SelB, similaire au facteur d’élongation classique EF-Tu, capable de reconnaître les 20 autres aminoacyl-ARNt.

Chez les eucaryotes, le mécanisme implique deux protéines, mSelB et SBP2, qui jouent les rôles respectifs de facteur d’élongation et de liaison aux éléments SECIS.

La sélénocystéine en nutrition

La sélénocystéine, bien que non essentielle à l’organisme, se trouve dans divers aliments. L’ail, les noix, l’avoine, le blé, le brocoli, le maïs et les noix du Brésil comptent parmi les sources alimentaires végétales de cette substance. Il en est de même pour les oignons, le riz et le soja. On peut également citer les poireaux sauvages qui poussent généralement sur des sols riches en sélénium. Les sources animales comprennent les viandes, les volailles (poulet, dinde), les fruits de mer, les œufs et le fromage.

Applications de la sélénocystéine

La sélénocystéine joue un rôle crucial dans la constitution des protéines en raison de son activité antioxydante. Elle est transformée en sélénoprotéines par le corps. Ces dernières interviennent dans l’amélioration des fonctions hépatiques et dans la prévention de l’intoxication au mercure. Contrairement à d’autres acides α-aminés, elle n’est pas directement incorporée dans des protéines, elle accomplit sa mission de manière autonome. En conséquence, elle est hyperréactive et ne suit pas le même mode d’utilisation que les autres aminoacides.

Le remplacement d’un résidu de sélénocystéine par de la cystéine entraîne une diminution significative de l’activité catalytique d’une enzyme, provoquant ainsi l’arrêt de l’activité de la glycine réductase.