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El selenio y el ciclo: cómo uno de los elementos más raros de la biología
encontró su lugar en la química del glutatión.
El selenio es uno de los oligoelementos más raros que utiliza el cuerpo, presente en cantidades de miligramos en toda la anatomía humana, el equivalente a una décima parte de la masa de un clip. Y sin embargo, situado en el centro catalítico de la glutatión peroxidasa, este raro elemento ejecuta una mitad del ciclo celular. La historia de cómo se descubrió la conexión comienza en 1973.
I
Un oligoelemento con un trabajo improbable:
el descubrimiento que sorprendió al campo en 1973.
El selenio tuvo, durante la mayor parte de su vida científica temprana, una reputación difícil. El elemento fue descubierto en 1817 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius y nombrado en honor a Selene, la diosa griega de la luna, porque químicamente se rastreaba con el telurio (que había sido nombrado en honor a la Tierra — tellus). Durante más de un siglo después de su descubrimiento, el selenio se estudió principalmente como una toxina. En contextos agrícolas, el ganado que pastaba en suelos ricos en selenio desarrollaba síndromes característicos de envenenamiento. El elemento entró en la literatura científica como una molestia, algo que, en exceso, causaba problemas.
Luego, en 1957, un artículo de Klaus Schwarz y Calvin Foltz en los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos describió algo inesperado: el selenio era, en bajas concentraciones, biológicamente esencial. Las ratas privadas de selenio desarrollaron problemas hepáticos que la suplementación con selenio parecía solucionar. El elemento fue reclasificado, no como una toxina primero y un nutriente incidentalmente, sino como uno de los oligoelementos requeridos por el cuerpo. La cantidad que el cuerpo necesitaba era minúscula. Pero la necesitaba. El campo del selenio, como una rama de la bioquímica nutricional, comenzó con el artículo de 1957.
La conexión con el glutatión no se establecería hasta dieciséis años después. En 1973, dos laboratorios — trabajando independientemente, en diferentes continentes — publicaron artículos que establecían que la enzima glutatión peroxidasa, el catalizador que convierte GSH en GSSG en el ciclo celular, era una enzima que contenía selenio. El centro catalítico de la enzima — la posición química donde realmente ocurre la reacción — contenía un solo átomo de selenio. La improbable asociación era, de repente, central para la biología celular. El selenio no era un oligoelemento periférico. Era, en este aspecto, indispensable. El artículo sobre el ciclo redox describe la glutatión peroxidasa en contexto.
Un átomo de selenio.
En el centro catalítico.
De una enzima que la célula ejecuta
continuamente.
El elemento más raro haciendo
alguno de los trabajos más importantes.
La historia del selenio
Cuatro momentos en el descubrimiento:
desde los síndromes de envenenamiento hasta el centro catalítico de la enzima.
El reconocimiento de que el selenio era biológicamente esencial tardó más de un siglo después del descubrimiento del elemento. El reconocimiento de que se encontraba en el corazón de la química del glutatión tardó otros dieciséis años más. Las tarjetas a continuación marcan los cuatro momentos a los que el campo regresa cuando traza la historia del selenio.
I
1817 · Descubrimiento
Berzelius · Suecia
El selenio fue descubierto en 1817 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius — una de las figuras fundacionales de la química analítica moderna. El elemento fue nombrado en honor a Selene, la diosa griega de la luna, para establecer un paralelismo con el telurio, descubierto anteriormente (nombrado en honor a tellus, la Tierra). El elemento entró en la química como una curiosidad.
II
1957 · Esencialidad
Schwarz y Foltz · NIH
Klaus Schwarz y Calvin Foltz, de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, publican el artículo que establece que el selenio es biológicamente esencial — requerido, en bajas concentraciones, por el cuerpo. El elemento es reclasificado de toxina a nutriente traza requerido. Comienza el campo del selenio.
III
1973 · El ciclo
GPx · centro catalítico del selenio
Dos laboratorios, trabajando independientemente, publican artículos en 1973 que establecen que la glutatión peroxidasa contiene un solo átomo de selenio en su centro catalítico. La improbable asociación entre el oligoelemento más raro y el ciclo celular más estudiado se convierte en uno de los hechos fundamentales de la biología celular moderna.
IV
Década de 1980 · El 21º aminoácido
Selenocisteína · adenda al código genético
La selenocisteína es reconocida como el vigésimo primer aminoácido que utiliza el cuerpo — codificada por una reinterpretación contextual del codón de parada UGA. El mecanismo tarda una década de investigación en caracterizarse. El código genético estándar, según todos los libros de texto, codificaba veinte aminoácidos. La célula había estado utilizando discretamente veintiuno.
II
Selenocisteína —
el vigésimo primer aminoácido.
La forma en que el selenio entra en la glutatión peroxidasa es, en sí misma, uno de los hallazgos más notables de la biología molecular moderna. La enzima contiene, en su centro catalítico, un aminoácido que el código genético estándar no parecía codificar. El aminoácido fue, en su caracterización inicial, simplemente llamado selenocisteína — químicamente idéntico a la cisteína, excepto que el átomo de azufre había sido reemplazado por un átomo de selenio. Esto fue, cuando se informó por primera vez a principios de la década de 1980, sorprendente. El código genético, según enseñaban con confianza todos los libros de texto de biología universitaria de la época, codificaba veinte aminoácidos. La selenocisteína parecía ser el vigésimo primero.
La forma en que la célula incorporó la selenocisteína a las proteínas requirió otra década de investigación para ser caracterizada. El mecanismo, cuando finalmente se estableció, fue elegante: la selenocisteína está codificada por el codón de parada UGA del código genético, pero solo en contextos específicos de ARNm donde una característica estructural particular (llamada elemento SECIS) le indica al ribosoma que inserte selenocisteína en lugar de detener la traducción. La célula, en otras palabras, había construido un apéndice preciso y contextual al código genético estándar. La selenocisteína siempre había estado con nosotros; el campo simplemente no la había visto todavía. Ahora se reconoce formalmente como el vigésimo primer aminoácido que utiliza el cuerpo humano, aunque su distribución es estrecha, limitada a aproximadamente veinticinco selenoproteínas en todo el proteoma humano.
De estas veinticinco selenoproteínas, la familia de la glutatión peroxidasa es la más exhaustivamente caracterizada. Existen varias versiones diferentes de GPx, cada una adaptada a un compartimento celular o contexto tisular diferente: GPx1 en el citosol, GPx2 en el tracto gastrointestinal, GPx3 en el plasma, GPx4 en las membranas. Cada una lleva una selenocisteína en su centro catalítico. Cada una, en su contexto respectivo, realiza la conversión de GSH a GSSG que cierra una mitad del ciclo redox. El oligoelemento que nadie esperaba encontrar en el corazón de la biología celular se había convertido, a finales del siglo XX, en uno de los centros catalíticos más estudiados de la enzimología moderna.
Veinte aminoácidos en el código estándar.
La selenocisteína hace veintiuno.
Un apéndice que el campo descubrió
en la década de 1980
y que aún se está caracterizando.
El selenio en cifras
Tres datos sobre un elemento raro —
que realiza un trabajo celular desproporcionado.
~15 mg
La masa total de selenio en un cuerpo humano adulto típico — aproximadamente una décima parte de la masa de un clip
El cuerpo humano contiene aproximadamente 15 miligramos de selenio en total, una de las masas más pequeñas de cualquier elemento que el cuerpo utiliza a nivel de oligoelementos. En comparación, un clip típico pesa alrededor de 100 miligramos. El contenido total de selenio del cuerpo es aproximadamente una décima parte de eso. Y, sin embargo, esta pequeña masa impulsa el centro catalítico de la glutatión peroxidasa en cada célula que mantiene un ciclo activo.
~25
El número aproximado de selenoproteínas en el proteoma humano — una cohorte pequeña y distinguida
Hay aproximadamente veinticinco selenoproteínas en el proteoma humano, un grupo pequeño y distinguido dado que el cuerpo produce decenas de miles de proteínas distintas en total. La familia de la glutatión peroxidasa constituye varias de ellas. La estrecha distribución de las selenoproteínas es una de las razones por las que la esencialidad biológica del selenio a veces se describe como 'concentrada' en lugar de 'amplia' en su impacto.
21º
Selenocisteína — el vigésimo primer aminoácido que el cuerpo utiliza, más allá de los veinte estándar
La selenocisteína es el vigésimo primer aminoácido que utiliza el cuerpo, químicamente idéntica a la cisteína, excepto que el selenio reemplaza al azufre, e incorporada a las proteínas mediante una reinterpretación contextual del codón de parada UGA. El descubrimiento reescribió una de las suposiciones fundamentales de la biología molecular: que el código genético codificaba veinte aminoácidos. Codifica veintiuno.
III
La lotería geográfica —
por qué la disponibilidad de selenio varía drásticamente según el suelo.
Una de las características más curiosas de la nutrición de selenio es la extraordinaria variación geográfica en la cantidad del elemento que está realmente disponible en los alimentos. El selenio entra en la cadena alimentaria a través de las plantas, y las plantas extraen selenio del suelo. Los suelos varían drásticamente en su contenido de selenio, en algunos casos por órdenes de magnitud, en distancias de solo unos pocos cientos de kilómetros. Algunas regiones del mundo, partes de Dakota del Sur y Nebraska en los Estados Unidos, ciertas regiones del centro de China, partes de Irlanda, tienen suelos inusualmente ricos en selenio. Otras regiones, la más famosa un cinturón que atraviesa el centro de China que el campo ha estudiado desde la década de 1970, pero también partes de Finlandia, de Nueva Zelanda, del Reino Unido, tienen suelos con un contenido de selenio sustancialmente menor.
El resultado es que dos personas que consumen dietas idénticas, pero en diferentes partes del mundo, pueden recibir cantidades mensurablemente diferentes de selenio dietético. La comida en el plato parece la misma. El contenido de selenio no. Esta variación geográfica ha sido uno de los temas más antiguos en la epidemiología nutricional, y la literatura ha examinado la cuestión a lo largo de muchas generaciones de estudios. Las principales fuentes dietéticas suelen ser las nueces de Brasil (que, dependiendo de dónde se cultivaron, pueden contener cantidades bastante altas), los mariscos (que tienden a concentrar el selenio de las cadenas alimentarias marinas) y las vísceras (en las que el cuerpo concentra el selenio). El contenido de selenio de los alimentos vegetales sigue el contenido de selenio del suelo en el que crecieron.
El catálogo actual de glutatión de Codeage —a través del producto estrella Glutatión Liposomal y la línea más amplia— trabaja con la molécula de glutatión en sí. La química del selenio descrita aquí se encuentra en la enzima que ejecuta el ciclo, no en la molécula que proporcionan las formulaciones. La relación selenio-glutatión es estructural: la maquinaria celular a través de la cual se mueve la molécula. La relación entre el selenio dietético y la biología celular más amplia del cuerpo es uno de los temas que el campo continúa desarrollando. Los estudios referenciados se realizaron de forma independiente y no involucraron ningún producto específico de Codeage. La literatura sobre el selenio y la biología celular continúa desarrollándose; la imagen descrita refleja la comprensión actual en lugar de una cuenta cerrada.
Codeage · Longevidad Celular · Pilar 03
La línea de glutatión de Codeage —
formatos de la arquitectura del Pilar 03.
Formulaciones de la línea de glutatión de Codeage — el tripéptido que el cuerpo produce, en formatos diseñados para el uso diario.
Glutatión Liposomal
El buque insignia de la arquitectura de glutatión de Codeage. L-glutatión reducido (GSH) suministrado en un formato de vesícula fosfolipídica — el sistema de administración liposomal Helix utilizado en selectas formulaciones de Codeage. El ancla del Pilar 03 de la conversación redox celular.
Ver producto →Glutatión Liposomal+
Un formato liposomal combinado que une L-glutatión reducido con vitamina C y CoQ10 — tres moléculas que la literatura ha explorado en el contexto de la biología redox celular, unidas en la arquitectura de vesículas liposomales Helix.
Ver producto →Ergotioneína Liposomal+
Una preparación liposomal que combina glutatión con ergotioneína — un aminoácido que contiene azufre que la literatura ha explorado en el contexto de la biología antioxidante celular. La arquitectura liposomal Helix en un formato multimolecular.
Ver producto →Artículo B2 · Anteriormente en este grupo
El átomo de azufre — Una meditación sobre el elemento más subestimado en biología
Codeage · El Código de la Longevidad
Elementos raros,
trabajo celular trascendente.
El pilar celular del Código de la Longevidad aborda las moléculas —y los oligoelementos que discretamente las impulsan.
Explorar el Código de la Longevidad →
