4.2 disulfidi
Disulfidit ovat suhteellisen stabiileja tiolin hapettumisen tuotteita ja niillä on tärkeä rooli proteiinien sekundaarisissa, tertiäärisissä ja kvaternaarisissa rakenteissa. Vasta syntetisoitujen polypeptidien taittumiseen liittyy entsyymin katalysoima disulfidisidoksen muodostuminen. Lyhyesti, endoplasmisessa retikulumissa proteiinin hapettumista välittävät proteiinidisulfidi-isomeraasit niiden intramolekulaaristen redox-aktiivisten Cys-x-x-Cys-disulfidisidosten kautta ja mitokondrioiden intermembraanitilassa Mia40-entsyymi vastaa saapuvien proteiinien hapettumisesta Cys–Pro–Cys-motiivinsa kautta (tarkasteltu ). Pitkään ajateltiin, että kerran muodostuneet rakenteelliset disulfidisidokset ovat fysiologisessa miljöössä vakaita ja inerttejä entiteettejä. Useissa proteiineissa on kuitenkin disulfidisidoksia, jotka voidaan pelkistää entsymaattisesti, mikä viittaa paljon dynaamisempaan tilanteeseen. Tämän prosessin on osoitettu osallistuvan useiden säätelyproteiinien aktivointiin, mukaan lukien trombospondiini, solujen pintareseptorit ja kudostekijä (tarkasteltu ).
Disulfidien muodostuminen on yleinen oksidatiivisen stressin seuraus. Proteiinien tai pienten molekyylien sulfeenihapot, sulfenyylihalidit ja sulfenyylitiosyanaatit ovat yleensä välituotteita ja sammuvat nopeasti reagoimalla ylimääräisen tiolin kanssa muodostaen disulfideja. Nitrosotiolit ja sulfenamidit reagoivat myös hitaasti tiolien kanssa muodostaen disulfideja. Korkeammat hapetustilat kuten tiosulfinaatti tai tiosulfonaattiesterit voivat muuntua disulfideiksi pelkistämällä tai hydrolyysillä. Radikaalivälitteinen tiolin hapettuminen voi johtaa disulfideihin (KS.myöhemmät kohdat). Proteiineille, joissa on vicinal tioleja, tuote on intramolekulaarinen disulfidi. Muille proteiinitioleille hapetetun välituotteen suosima reaktio on GSH: n läsnä ollessa suurina solunsisäisinä pitoisuuksina glutationyloituneen proteiinin muodostamiseksi. Proteiiniglutationylaation ajatellaan olevan tärkeä mekanismi funktionaalisten proteiinitiolien suojaamisessa oksidatiivisessa stressissä. Vaikka tämä voi tehdä proteiinin toimimattomaksi, glutationin poistaminen voi palauttaa aktiivisuuden. Reversiibeli proteiiniglutationylaatio tunnetaan yhä useammin myös signaalinvälityksen säätelymekanismina.
disulfidien muodostuminen redox-aktiivisille tioleille on dynaaminen ja palautuva prosessi. Trx ja glutaredoksiini yhdessä Trx-reduktaasin ja GR: n kanssa ovat suurelta osin vastuussa solunsisäisten disulfidien pelkistymisestä. Nämä entsyymit itse toimivat reversiibelien Inter – and intramolekulaaristen tiolidisulfidi (or seleno–sulfide) syklien kautta . Disulfidit käyvät myös vaihtoreaktioissa. Spontaani tioli-disulfidinvaihto on suhteellisen hidasta; niiden toisen kertaluvun nopeusvakioiden suuruusluokka pH 7: ssä on ~10-3 M-1 s−1. Se etenee tiolaatin nukleofiilisella hyökkäyksellä disulfidisidoksen elektrofiilisempiin rikkikeskuksiin. Tämän vuoksi sekä näiden reaktioiden termodynaamiset että kineettiset ominaisuudet riippuvat pitkälti vastaavista tioli pKa-arvoista ja redox-potentiaaleista. Näitä reaktioita käytetään proteiinien redox-potentiaalien ja pKa-arvojen määrittämiseen (tarkistettuna ). Analysoimattomat vaihtoreaktiot ovat liian hitaita, jotta niillä olisi suurta vaikutusta dynaamisessa soluympäristössä. Entsyymin katalysoimilla vaihtoreaktioilla, joita katalysoivat pääasiassa glutaredoksiini ja Trx, on kuitenkin tärkeä rooli paitsi hapettumisen kääntämisessä myös proteiinin glutationylaation ja redox-herkkien signalointireittien säätelyssä (tarkasteltu ).
Tiolien uskotaan toimivan solunsisäisinä redox-puskureina, ja GSH/GSSG -, Trxred/Trxox-ja kysteiini/kystiini-parien redox-potentiaalit ovat hyödyllinen solujen oksidatiivisen stressin mittari. Mielenkiintoista on, että nämä parit eivät ole tasapainossa, vaan ne eristetään kineettisesti. Toisin sanoen tiolien hapettumisen ja disulfidien pelkistymisnopeuksien huomattavien erojen seurauksena (suhteessa katalysoituihin ja ei-katalysoituihin tapahtumiin) solun redox-tilaa kontrolloidaan kineettisesti termodynaamisesti, mikä edustaa dynaamista ei-ekvilibrium-vakaan tilan järjestelmää .