The deselenization of selenocysteine selectively removes the selenol group to give alanine under anaerobic conditions or serine under aerobic conditions (oxygen saturation).

Selenocysteine, the selenium-containing analogue of cysteine, is the twenty-first proteinogenic amino acid. Since its discovery almost fifty years ago, it has been exploited in unnatural systems even more often than in natural systems. Selenocysteine chemistry has attracted the attention of many chemists in the field of chemical biology owing to its high reactivity and resulting potential for various applications such as chemical modification, chemical protein (semi)synthesis, and protein folding, to name a few. In this Minireview, we will focus on the chemistry of selenium and selenocysteine and their utility in protein chemistry.

Multicomponent reactions (MCRs) are extremely popular owing to their facile execution, high atom-efficiency and the high diversity of products. MCRs can be used to access various heterocycles and highly functionalized scaffolds, and thus have been invaluable tools in total synthesis, drug discovery and bioconjugation. Traditional isocyanide-based MCRs utilize an external nucleophile attacking the reactive nitrilium ion, the key intermediate formed in the reaction of the imine and the isocyanide. However, when reactants with multiple nucleophilic groups (bisfunctional reactants) are used in the MCR, the nitrilium intermediate can be trapped by an intramolecular nucleophilic attack to form various heterocycles. The implications of nitrilium trapping along with widely applied conventional isocyanide-based MCRs in drug design are discussed in this review.

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Despite their biological importance, post‐translationally modified proteins are notoriously difficult to produce in a homogeneous fashion by using conventional expression systems. Chemical protein synthesis or semisynthesis offers a solution to this problem; however, traditional strategies often rely on sulfur‐based chemistry that is incompatible with the presence of any cysteine residues in the target protein. To overcome these limitations, we present the design and synthesis of γ‐selenolysine, a selenol‐containing form of the commonly modified proteinogenic amino acid, lysine. The utility of γ‐selenolysine is demonstrated with the traceless ligation of the small ubiquitin‐like modifier protein, SUMO‐1, to a peptide segment of human glucokinase. The resulting polypeptide is poised for native chemical ligation and chemoselective deselenization in the presence of unprotected cysteine residues. Selenolysine's straightforward synthesis and incorporation into synthetic peptides marks it as a universal handle for conjugating any ubiquitin‐like modifying protein to its target.

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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...

In recent decades, chemical protein synthesis and the development of chemoselective reactions—including ligation reactions—have led to significant breakthroughs in protein science. Among them are a better understanding of protein structure‐function relationships, the study of protein posttranslational modifications, exploration of protein design, unnatural amino acid incorporation, and the study of therapeutic proteins and protein folding. Chalcogen chemistry, especially that of sulfur and selenium, is quite rich, and we have witnessed continuous progress in this field in recent years. In this short review, we will instead summarize three stories that we have recently presented on chalcogen chemistry and its impact on protein science, which was presented in the Miklós Bodanszky Award Lecture at the 35th European Peptide Society Meeting in Dublin, Ireland, 26 August 2018.