硒半胱胺酸（Selenocysteine）

硒半胱胺酸（Selenocysteine）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

硒半胱胺酸是存在於許多種酶（例如麩胺基硫過氧化酶（glutathione peroxidases）、四碘甲狀腺胺酸 5’脫碘酶（tetraiodothyronine 5′ deiodinases）、雙硫氧還還原酶（thioredoxin reductases）、甲酸脫氫酶（formate dehydrogenases）、甘胺酸還原酶（glycine reductases）和某些氫化酶）中的一種胺基酸。

命名
IUPAC/IUBMB的聯合命名委員會已正式建議以三字母 Sec作為硒半胱胺酸的簡寫，以單字母U作為其代碼。IUBMB為國際生化與分子生物聯合會（International Union of Biochemistry and Molecular Biology）。

結構
硒半胱胺酸的結構與半胱胺酸相似，不過原來半胱胺酸中硫的位置被硒原子取代（圖1）。含有一個或多個硒半胱胺酸的蛋白質，稱為含硒蛋白質。

圖1 硒半胱胺酸

生物學
與蛋白質中其他胺基酸不同，硒半胱胺酸並不是直接以遺傳密碼編碼，而是由UGA密碼子以特殊的方式編碼，通常UGA是停止密碼子。在mRNA中，有一段SECIS元件（硒半胱胺酸嵌入序列），會使UGA密碼子改譯為硒半胱胺酸的訊號。特殊的核苷酸序列以及二級結構中配對的鹼基樣式決定SECIS元件。在細菌中，SECIS元件在含硒蛋白質的讀框（reading frame）之內緊接於UGA密碼子之後。 在生物學中，DNA與RNA中相鄰而不重疊的三核苷酸密碼子稱為讀框。在古菌（archaea）與真核生物（eukaryote）中，SECIS元件位於mRNA的3’端非轉譯區（簡寫為3’UTR），可直接導引許多UGA密碼子為硒半胱胺酸編碼。當細胞在缺乏硒的環境下生長時，轉譯為含硒蛋白質的工作將止於UGA密碼子，造成酶被切斷而失去功能。

像細胞利用的其他胺基酸一樣，硒半胱胺酸有專一的tRNA。硒半胱胺酸tRNA──簡稱為tRNA（Sec）──的一級結構與二級結構，在很多方面與標準的tRNA不同，最明顯的差別就是有8-鹼基對接受柄（細菌）或10-鹼基對接受柄（真核生物），一段可變動區塊的長臂，而且在數個鹼基位置上發生取代。標準tRNA為7-鹼基對接受柄。硒半胱胺酸tRNA受絲胺酸-tRNA連接酶的輔助，先將絲胺酸（serine）固定，但因為正常的轉譯因子（在細菌為EF-Tu，在真核生物為eEF1A）無法辨識它，形成的絲胺酸-tRNA（Sec）並非用來轉譯。而是經由含吡哆醛磷酸（pyridoxal phosphate）的酶──硒半胱胺酸合成酶──的輔助，把被tRNA固定的絲胺酸變成硒半胱胺酸。最後，生成的Sec-tRNA（Sec）連接到另一個特定的轉譯延長因子（SelB或mSelB（又名eEFSec）），轉譯延長因子再將它精準傳送給核糖體的mRNA，轉譯為含硒蛋白質。因為有額外的蛋白質功能域（在細菌為SelB）或額外的次單元（對真核生物mSelB/eEFSec為SBP2（SECIS binding protein- 2）），能與對應RNA二級結構結合，這些對應RNA是由含硒蛋白質中mRNA的SECIS元件形成的。細菌的SECIS元件位於密碼序列內，緊接在轉譯為硒半胱胺酸的UGA密碼子之後，真核生物與古菌的SECIS元件位於個自的mRNA中3′ UTR。而且，至少有一研究案例發現有一種古菌含硒蛋白質mRNA的SECIS位於5’UTR。

參考資料：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Selenocysteine
2. 張恭寧，何信重；硒氨酸Selenocysteine—–第21種氨基酸；內科學誌；11:5；民89.10；頁189-194