4.2 Disulfuro
Los disulfuros son productos relativamente estables de la oxidación de tiol y tienen un papel importante en las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas. El plegado de polipéptidos recién sintetizados se acompaña de la formación de enlaces disulfuro catalizados por enzimas. Brevemente, en el retículo endoplásmico, la oxidación de proteínas está mediada por isomerasas disulfuro de proteínas a través de sus enlaces disulfuro Cys–x–x–Cys activos redox intramoleculares y en el espacio intermembrana mitocondrial, la enzima Mia40 es responsable de la oxidación de las proteínas entrantes a través de su motivo Cys–Pro–Cys (revisado en ). Durante mucho tiempo se pensó que los enlaces disulfuro estructurales, una vez formados, son entidades estables e inertes en un entorno fisiológico. Sin embargo, varias proteínas contienen enlaces disulfuro que se pueden reducir enzimáticamente, lo que sugiere una situación mucho más dinámica. Se ha demostrado que este proceso está involucrado en la activación de una serie de proteínas reguladoras, incluida la trombospondina, los receptores de superficie celular y el factor tisular (revisado en ).
La formación de disulfuro es un resultado común del estrés oxidativo. Los ácidos sulfénicos, los haluros de sulfenilo y los tiocianatos de sulfenilo en proteínas o moléculas pequeñas, generalmente son intermedios y se apagan rápidamente al reaccionar con un tiol adicional para formar disulfuros. Los nitrosotioles y las sulfenamidas también reaccionan lentamente con los tioles para dar disulfuros. Los estados de oxidación más altos, como los ésteres de tiosulfonato o tiosulfonato, pueden convertirse en disulfuros por reducción o hidrólisis. La oxidación de tiol mediada por radicales puede conducir a disulfuros (ver las secciones posteriores). Para las proteínas con tioles vecinales, el producto es un disulfuro intramolecular. Para otros tioles proteicos, la reacción preferida del intermediario oxidado es con la GSH presente en altas concentraciones intracelulares para formar una proteína glutationilada. Se cree que la glutationilación de proteínas es importante como mecanismo para proteger los tioles funcionales de proteínas bajo estrés oxidativo. Aunque esto puede hacer que la proteína sea inactiva, la eliminación del glutatión puede restaurar la actividad. La glutationilación reversible de proteínas también está siendo cada vez más reconocida como un mecanismo regulador en la transducción de señales.
La formación de disulfuros en tioles activos redox es un proceso dinámico y reversible. Trx y glutaredoxina, junto con Trx reductasa y GR, son en gran parte responsables de la reducción de disulfuro intracelular. Estas enzimas funcionan a través de ciclos reversibles inter e intramoleculares de disulfuro de tiol (o seleno – sulfuro). Los disulfuros también experimentan reacciones de intercambio. El intercambio espontáneo de tiol-disulfuro es relativamente lento; el orden de magnitud de sus constantes de velocidad de segundo orden a pH 7 es ~10-3 M-1 s−1. Procede a través del ataque nucleofílico del tiolato en los centros de azufre más electrofílicos en el enlace disulfuro. Por lo tanto, tanto las propiedades termodinámicas como cinéticas de estas reacciones dependerán en gran medida de los valores de pKa de tiol correspondientes y de los potenciales redox. Estas reacciones se utilizan para determinar los potenciales redox de proteínas y los valores de pKa (revisados en ). Las reacciones de intercambio no catalizadas son demasiado lentas para tener un impacto importante en un entorno celular dinámico. Sin embargo, las reacciones de intercambio catalizadas por enzimas, catalizadas principalmente por glutaredoxina y Trx, juegan un papel importante no solo en la inversión de la oxidación, sino en la regulación de la glutationilación de proteínas y las vías de señalización sensibles al redox (revisado en ).
Se cree que los tioles actúan como tampones redox intracelulares y los potenciales redox de las parejas GSH/GSSG, Trxred/Trxox y cisteína/cistina proporcionan una medida útil del estrés oxidativo celular. Curiosamente, estas parejas no están en equilibrio, sino que están aisladas cinéticamente. En otras palabras, como resultado de las marcadas diferencias en las tasas de oxidación de tiol y reducción de disulfuro (frente a eventos catalizados y no catalizados), el estado redox de la célula se controla cinéticamente en lugar de termodinámicamente, representando un sistema dinámico de estado estacionario sin equilibrio .