Diselenides as universal oxidative folding catalysts of diverse proteins

Beld, Joris; Woycechowsky, Kenneth J.; Hilvert, Donald

doi:10.1016/j.jbiotec.2010.09.956

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“…Roles of the partially oxidized SS intermediates can be investigated by quenching the reactions by chemically modifying remaining SH groups [17,24,25] or by using engineered mutants of the SS intermediates [26][27][28][29]. Recently, new types of oxidative folding reagents, such as polymer-bound sulfur-containing compounds [30], aromatic sulfur compounds [31,32], platinum complexes [33,34], and diselenides [35,36], have been synthesized and examined. Protein disulfide isomerase [37,38] and short peptides with a -Cys-Xaa-Xaa-Cysmotif [39] have also been applied to the study of oxidative protein folding.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Kinetic and thermodynamic analysis of the conformational folding process of SS‐reduced bovine pancreatic ribonuclease A using a selenoxide reagent with high oxidizing ability

2012

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Graphical abstractHighlights► Three phases of the oxidative folding of RNase A were temporally separated using DHSox. ► Thermodynamic and kinetic parameters of the four des intermediates were obtained using DHSox. ► Each SS linkage in the native RNase A has different thermodynamic and kinetic roles. ► Unfolded des species (desU) gain native-like structures via X-Pro isomerization. ► All four des species were isolated and allowed to fold to N under aerobic conditions.

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confidence: 99%

Kinetic and thermodynamic analysis of the conformational folding process of SS‐reduced bovine pancreatic ribonuclease A using a selenoxide reagent with high oxidizing ability

2012

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“…3–5 Recently, small molecule diselenides such as selenoglutathione (GSeSeG) were shown to possess significant advantages over disulfides in such reactions, affording faster rates and higher yields for many disulfide-rich proteins. 6,7 Both thiol oxidation and subsequent disulfide bond shuffling are facilitated by the higher polarizability of selenium compared to sulfur and the greater acidity of selenols versus thiols (Δp K a ≈ 3). 8,9 Because selenols are readily oxidized, such processes can even be performed with catalytic amounts of diselenide.…”

mentioning

confidence: 99%

Harnessing selenocysteine reactivity for oxidative protein folding

Metanis¹,

Hilvert²

2015

Chem. Sci.

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“…Im Vergleich mit Wildtyp-Insulin wies das Selenanalogon eine hçhere Stabilitäto hne nennenswerte Veränderungen der nativen Struktur und biologischen Aktivitäta uf. [11] Zweitens regeneriert die rasche Selenoloxidation durch Luftsauerstoff den Diselenidkatalysator.A us diesem Grund wurde Selenoglutathion (GSeSeG), das Selenanalogon von GSSG,b ei der Faltung von BPTI, [11,[128][129][130] RNase A [130] und BPTI(C5U-C14U) eingesetzt. [115] Es wurde gefunden, dass niedermolekulare Diselenide aus zwei Gründen einen signifikanten Vorteil gegenüber Disulfiden wie Glutathion (GSSG) aufweisen.…”

Section: Selen Und Sec Als Werkzeuge Fürdie Erforschung Der Proteinfaunclassified

“…Erstens katalysieren im Verlauf der Faltung gebildete Selenole die Umgruppierung von Disulfiden. [128] Bei all diesen Untersuchungen erwiesen sich die Diselenidmoleküle als den Disulfidanaloga überlegene Katalysatoren der Proteinfaltung.D es Weiteren wurde eine neue Klasse niedermolekularer Diselenidmoleküle aus preisgünstigen und leicht zugänglichen Ausgangsstoffen synthetisiert, [131] die sich bei der BPTI-Faltung als ebenso wirkungsvoll wie das kostspielige GSeSeG erwiesen. [83] Alle Studien ergaben, dass GSeSeG die Faltungsgeschwindigkeit im Vergleich zu GSSG drastisch erhçhte.Bei einer eingehenderen Untersuchung der BPTI-Faltung zeigte sich, dass GSeSeG das abgefangene Intermediat N* "befreit", allerdings keinen Einfluss auf das andere abgefangene Intermediat N' hat.…”

Section: Selen Und Sec Als Werkzeuge Fürdie Erforschung Der Proteinfaunclassified

Selen und Selenocystein in der Proteinchemie

2017

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Professor Ehud Keinan zum 70. Geburtstag gewidmet Chemische Proteinsynthese ·Native chemische Ligation ·Proteinchemie ·Selenocystein ·Selenoproteine EinführungObwohl sie ein scheinbar unbegrenztes Spektrum chemischer und biologischer Aufgaben zu erfüllen vermçgen, sind Proteine aus einer sehr begrenzten Zahl chemischer Elemente aufgebaut. In der Hauptsache aus Kohlenstoff, Wasserstoff,S tickstoff und Sauerstoff bestehend, hin und wieder ergänzt durch Schwefel, stützen sich die Proteine auf die Diversitätder Seitenketten ihrer Aminoacylbausteine,um eine unübersehbare Vielfalt an Strukturen und Funktionen hervorzubringen. Die Entdeckung,d ass Selen in Form der Aminosäure Selenocystein (Sec,U ) [2] ebenfalls in Proteinen vorkommt, [1] hat fürd as Studium natürlicher wie auch nichtnatürlicher Proteine zahlreiche Mçglichkeiten, aber auch Herausforderungen mit sich gebracht. Eine der vielleicht grçßte Herausforderungen ist das Mysterium, das die 25 bekannten Selenoproteine des Menschen umgibt, [3] von denen wenigstens die Hälfte bisher noch nicht vollständig charakterisiert wurden. [3] Als elektronischer "Vetter" des Cysteins (Cys,C )b ietet Sec aber auch ein unvergleichliches Werkzeug fürd ie Proteinmodifizierung. [4] Viele exzellente Übersichten zur Rolle von Selen und Sec in natürlichen Systemen sind verçffentlicht worden. [4][5][6][7] Im vorliegenden Kurzaufsatz wollen wir die Rolle von Selen jedoch aus einer chemischen Perspektive beleuchten:N un da wir wissen, dass es in natürlichen Proteinen vorkommt, wie kçnnen wir damit tüfteln?S ein Vorkommen in natürlichen Proteinen lässt vermuten, dass wir Selen artifiziell in Proteine einführen kçnnen und damit nur eine minimale Stçrung einhergeht. Seine relative Seltenheit macht es gleichzeitig attraktiv fürselektive Modifikationen. [8] Seit ihrer Entdeckung in Proteinen vor über vierzig Jahren sind Selen und Sec als Werkzeuge fürdie Untersuchung der Proteinfaltung,a ls Hilfsmittel fürn ukleophile Modifikationen, als Vorstufen fürd ie Einführung von Mimetika posttranslationaler Modifikationen, als Target für die Codon-Umwidmung, als Zugang zur Ligation ungeschützter Peptide mit unterschiedlichen Aminosäuren sowie als Systeme zum Verständnis der Funktionsweise von Enzymen herangezogen worden. Das Studium der Selenchemie in natürlichen und nichtnatürlichen Systemen erçffnet dem Chemiker auch weiterhin Wege zur Modifizierung und zum besseren Verständnis von Proteinen. Selenocystein:Reaktivitätu nd SelektivitätEin Hauptgrund fürd ie Verwendung von Sec in der Proteinchemie ist sein relativ niedriger pK a -Wert von 5.2, [9] der bedingt, dass die meisten Seitenkettenselenole bei biologischen pH-Werten deprotoniert vorliegen. Außerdem ist sein Redoxpotential (E 0 = À388 mV), [10] wenn auch kontextabhängig, [11][12][13] deutlich niedriger als das des eng verwandten Cys (E 0 = À220 mV; [14] Abbildung 1). Als Folge davon wird Sec unter normalen Umgebungsbedingungen leicht zu dem Diseleniddimer Selenocystin oxidiert. Außerdem sind Selenatome aufgrund ihres grçßeren Atomradius stark p...

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Diselenides as universal oxidative folding catalysts of diverse proteins

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Kinetic and thermodynamic analysis of the conformational folding process of SS‐reduced bovine pancreatic ribonuclease A using a selenoxide reagent with high oxidizing ability

Kinetic and thermodynamic analysis of the conformational folding process of SS‐reduced bovine pancreatic ribonuclease A using a selenoxide reagent with high oxidizing ability

Harnessing selenocysteine reactivity for oxidative protein folding

Selen und Selenocystein in der Proteinchemie

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