Selenocystein a pyrrolyzin
Ke klasicky kódovaným dvaceti aminokyselinám přibyla na přelomu 70. a 80. let jedenadvacátá – selenocystein (Sec) – a nedávno i dvaadvacátá, pyrrolyzin (Pyl). Na rozdíl od všech předchozích aminokyselin jsou kódovány triplety, které normálně slouží jako signály pro ukončení translace (viz genetický kód). Konkrétně triplet UGA slouží pro inkorporaci selenocysteinu a UAG pro inkorporaci pyrrolyzinu.
Ačkoli je selen při zvýšení své koncentrace v organismu vysoce toxický, jeho nedostatek zase vede k závažným onemocněním (kardiomyopatiím). Jde o stopový prvek, který je ve formě selenocysteinu nezbytnou složkou aktivního centra několika důležitých enzymů. Tyto selenoproteiny, jako např. thioredoxinreduktázy, se podílejí zejména na oxido-redukčních reakcích. Jsou přítomny jak u některých bakterií a achaebakterií, tak u eukaryot; ani rostliny, ani kvasinky však neumějí selenocystein do proteinu inkorporovat.
Naproti tomu výskyt pyrrolyzinu (Pyl) se dosud omezuje jen na členy rodiny archaebakterií Methanosarcinaceae a na bakterii Desulfitobacterium hafniense. Zapojení pyrrolyzinu do metabolismu těchto organismů souvisí s jejich výjimečnou schopností využívat metylaminy jako zdroj energie. Činí to prostřednictvím enzymů metylaminometyltransferáz a pro jejich zdárnou syntézu je nutné, aby se jeden triplet UAG umístěný ve čtecím rámci jejich mRNA přečetl ne jako terminační signál, ale jako signál pro inkorporaci pyrrolyzinu. D. hafniense kóduje navíc i systém, kterým se do bílkovin zabudovává selenocystein, a tak tato bakterie představuje zatím jediný známý organismus, který používá při translaci všech 22 aminokyselin.
K vestavění obou těchto zvláštních aminokyselin do bílkovinného řetězce je tedy nutno při translaci jaksi „předefinovat“ kód pro dva triplety UGA a UAG. Z terminačních tripletů, které nekódují žádnou aminokyselinu, se stávají aminokyselinové kodony, čili dochází jakoby k odchylce od pravidla jednoznačnosti kódu. Kdyby však opravdu platilo, že tyto dva terminační kodony se v buňce zcela náhodně jednou využijí jako signály pro ukončení translace a podruhé jako signály pro inkorporaci selenocysteinu a pyrrolyzinu, znamenalo by to pro každou buňku velké nebezpečí. Ve skutečnosti to však vůbec neplatí. To, že se v případě inkorporace selenocysteinu triplet „přečte“ jako kodon pro Sec, vyžaduje zvláštní zabezpečení. Jednak specializovaný translační aparát pro tento proces, a pak především musí mRNA obsahovat zcela nový prvek, totiž speciální sekvenci SECIS (selenocysteine incorporation signal), a to buď přímo za UGA, anebo až a v nepřekládané oblasti na svém 3‘-konci (3‘ UTR). SECIS v těchto polohách vytvoří v mRNA unikátní sekundární strukturu; ta je spolu s UGA rozpoznávána jedním z členů speciálního translačního aparátu buňky pro Sec a jenom takto dohromady se z UGA stane signál pro inkorporaci Sec. Pokud je tedy v mRNA umístěn ve čtecím rámci kodon UGA a struktura SECIS chybí, čte se UGA vždy jen jako terminační signál.
