Disulfid

4.2 Disulfid

Disulfidů jsou relativně stabilní produkty thiol oxidaci a mají důležitou úlohu v sekundární, terciární a kvartérní struktury proteinů. Skládání nově syntetizovaných polypeptidů je doprovázeno tvorbou disulfidové vazby katalyzované enzymem. Krátce, v endoplazmatického retikula protein oxidace je zprostředkován protein disulfid isomerázy prostřednictvím svých nitrobuněčných oxidačně-redukční aktivní Cys–x–x–Cys disulfidové vazby a v mitochondriálního mezimembránového prostoru Mia40 enzym je zodpovědný za oxidaci příchozí proteiny prostřednictvím svých Cys–Pro–Cys motiv (přezkoumána v ). Dlouho se předpokládalo, že kdysi vytvořené strukturní disulfidové vazby jsou stabilní a inertní entity ve fyziologickém prostředí. Řada proteinů však obsahuje disulfidové vazby, které lze enzymaticky redukovat, což naznačuje mnohem dynamičtější situaci. Ukázalo se, že tento proces se podílí na aktivaci řady regulačních proteinů, včetně trombospondinu, receptorů buněčného povrchu a tkáňového faktoru (přezkoumáno v ).

tvorba Disulfidů je častým výsledkem oxidačního stresu. Sulfenic, sulfenyl-halogenidy, a sulfenyl-thiokyanatany na proteiny či malé molekuly, jsou obecně meziproduktů a rychle rozloží tím, že reaguje s další thiol k formě disulfidů. Nitrosothioly a sulfenamidy také reagují pomalu s thioly za vzniku disulfidů. Vyšší oxidační stavy, jako jsou thiosulfinátové nebo thiosulfonátové estery, se mohou redukcí nebo hydrolýzou přeměnit na disulfidy. Oxidace thiolu zprostředkovaná radikály může vést k disulfidům (viz pozdější části). U proteinů s vicinálními thioly je produktem intramolekulární disulfid. U ostatních proteinových thiolů je upřednostňovanou reakcí oxidovaného meziproduktu přítomnost GSH při vysokých intracelulárních koncentracích za vzniku glutathionylovaného proteinu. Předpokládá se, že glutathionylace proteinu je důležitá jako mechanismus ochrany funkčních proteinových thiolů při oxidačním stresu. Ačkoli to může učinit protein neaktivní, odstranění glutathionu může obnovit aktivitu. Reverzibilní glutathionylace proteinů je také stále více uznávána jako regulační mechanismus v transdukci signálu.

tvorba disulfidů na redoxně aktivních thiolech je dynamický a reverzibilní proces. Trx a glutaredoxin, spolu s Trx reduktázy a GR, jsou z velké části zodpovědné za intracelulární redukce disulfidové. Tyto enzymy samy fungují prostřednictvím reverzibilních inter-a intramolekulárních thiol-disulfidových (nebo seleno–sulfidových) cyklů . Disulfidy také podléhají výměnným reakcím. Spontánní výměna thiol-disulfidu je relativně pomalá; řád jejich rychlostních konstant druhého řádu při pH 7 je ~10-3 M−1 s−1. Pokračuje nukleofilním útokem thiolátu na elektrofilní sírová centra v disulfidové vazbě. Proto jak termodynamické, tak kinetické vlastnosti těchto reakcí budou do značné míry záviset na odpovídajících hodnotách thiolu pKa a redoxních potenciálech. Tyto reakce se používají ke stanovení redoxních potenciálů proteinů a hodnot pKa (přezkoumáno v). Nekatalyzované výměnné reakce jsou příliš pomalé na to, aby měly zásadní dopad v dynamickém buněčném prostředí. Nicméně, enzymové katalýzy výměnné reakce, katalyzované především glutaredoxin a Trx, hrají důležitou roli nejen při couvání oxidace, ale v regulaci proteinů glutathionylation a redox-citlivých signálních drah (přezkoumána v ).

Thioly jsou, že působí jako intracelulární redox pufry a redox potenciálů GSH/GSSG, Trxred/Trxox a cystein/cystin páry poskytují užitečné míru buněčné oxidační stres. Zajímavě, tyto páry nejsou v rovnováze, ale jsou kineticky izolovány. Jinými slovy, v důsledku výrazné rozdíly v thiol oxidace a redukce disulfidové sazby (vis-à-vis katalyzované a noncatalyzed události) redoxní stav buňky je řízen kineticky spíše než termodynamicky, což představuje dynamické nerovnovážné ustáleném stavu systému .