4.2 Disulfure
Les disulfures sont des produits relativement stables de l’oxydation du thiol et jouent un rôle important dans les structures secondaires, tertiaires et quaternaires des protéines. Le repliement des polypeptides nouvellement synthétisés s’accompagne de la formation de liaisons disulfures catalysées par des enzymes. En bref, dans le réticulum endoplasmique, l’oxydation des protéines est médiée par les isomérases disulfures de protéines via leurs liaisons disulfures actives redox intramoléculaires Cys–x–x–Cys et dans l’espace intermembranaire mitochondrial, l’enzyme Mia40 est responsable de l’oxydation des protéines entrantes via son motif Cys–Pro–Cys (examiné dans). On a longtemps pensé qu’une fois formées les liaisons disulfures structurelles sont des entités stables et inertes dans un milieu physiologique. Cependant, un certain nombre de protéines contiennent des liaisons disulfures qui peuvent être réduites par voie enzymatique, suggérant une situation beaucoup plus dynamique. Il a été démontré que ce processus est impliqué dans l’activation d’un certain nombre de protéines régulatrices, y compris la thrombospondine, les récepteurs de surface cellulaire et le facteur tissulaire (examiné dans).
La formation de disulfure est un résultat courant du stress oxydatif. Les acides sulféniques, les halogénures de sulfényle et les thiocyanates de sulfényle sur des protéines ou de petites molécules sont généralement des intermédiaires et sont rapidement trempés en réagissant avec un thiol supplémentaire pour former des disulfures. Les nitrosothiols et les sulfénamides réagissent également lentement avec les thiols pour donner des disulfures. Des états d’oxydation plus élevés tels que les esters de thiosulfinate ou de thiosulfonate peuvent se convertir en disulfures par réduction ou hydrolyse. L’oxydation du thiol à médiation radicalaire peut conduire à des disulfures (voir les sections suivantes). Pour les protéines contenant des thiols vicinaux, le produit est un disulfure intramoléculaire. Pour d’autres thiols protéiques, la réaction privilégiée de l’intermédiaire oxydé est avec le GSH présent à des concentrations intracellulaires élevées pour former une protéine glutathionylée. On pense que la glutathionylation des protéines est importante en tant que mécanisme de protection des thiols protéiques fonctionnels sous stress oxydatif. Bien que cela puisse rendre la protéine inactive, l’élimination du glutathion peut restaurer l’activité. La glutathionylation réversible des protéines est également de plus en plus reconnue comme un mécanisme de régulation de la transduction du signal.
La formation de disulfures sur des thiols redox-actifs est un processus dynamique et réversible. La Trx et la glutarédoxine, ainsi que la Trx réductase et la GR, sont en grande partie responsables de la réduction intracellulaire du disulfure. Ces enzymes fonctionnent elles-mêmes via des cycles réversibles inter et intramoléculaires de thiol–disulfure (ou sélénosulfure). Les disulfures subissent également des réactions d’échange. L’échange spontané thiol-disulfure est relativement lent; l’ordre de grandeur de leurs constantes de vitesse du second ordre à pH 7 est de ~ 10-3 M-1 s−1. Il procède par attaque nucléophile du thiolate sur les centres soufrés les plus électrophiles de la liaison disulfure. Par conséquent, les propriétés thermodynamiques et cinétiques de ces réactions dépendront en grande partie des valeurs de thiol pKa et des potentiels redox correspondants. Ces réactions sont utilisées pour déterminer les potentiels d’oxydoréduction des protéines et les valeurs de pKa (examinées dans). Les réactions d’échange non catalysées sont trop lentes pour avoir un impact majeur dans un environnement cellulaire dynamique. Cependant, les réactions d’échange catalysées par des enzymes, catalysées principalement par la glutarédoxine et le Trx, jouent un rôle important non seulement dans l’inversion de l’oxydation, mais aussi dans la régulation de la glutathionylation des protéines et des voies de signalisation sensibles à l’oxydo-réduction (revue en).
On pense que les thiols agissent comme tampons redox intracellulaires et les potentiels redox des couples GSH/GSSG, Trxred/Trxox et cystéine/ cystine fournissent une mesure utile du stress oxydatif cellulaire. Fait intéressant, ces couples ne sont pas en équilibre mais sont isolés cinétiquement. En d’autres termes, en raison de différences marquées dans les taux d’oxydation du thiol et de réduction du disulfure (par rapport aux événements catalysés et non catalysés), le statut redox de la cellule est contrôlé cinétiquement plutôt que thermodynamiquement, ce qui représente un système d’équilibre dynamique sans équilibre.