4.2 Disolfuro
I disolfuri sono prodotti relativamente stabili dell’ossidazione dei tioli e hanno ruoli importanti nelle strutture secondarie, terziarie e quaternarie delle proteine. La piegatura dei polipeptidi appena sintetizzati è accompagnata dalla formazione del legame disolfuro catalizzato dall’enzima. Brevemente, nel reticolo endoplasmatico l’ossidazione della proteina è mediata dalle isomerasi del disolfuro della proteina tramite i loro legami attivi redox intramolecolari del disolfuro di Cys-x-x-Cys e nello spazio mitocondriale di intermembrane l’enzima Mia40 è responsabile dell’ossidazione delle proteine entranti tramite il suo motivo di Cys–Pro–Cys (rivisto in ). Si è pensato a lungo che una volta formati i legami strutturali di disolfuro siano entità stabili e inerti in un ambiente fisiologico. Tuttavia, un certo numero di proteine contengono legami disolfuro che possono essere ridotti enzimaticamente, suggerendo una situazione molto più dinamica. Questo processo ha dimostrato di essere coinvolto nell’attivazione di un certo numero di proteine regolatrici, tra cui la trombospondina, i recettori della superficie cellulare e il fattore tissutale (rivisto in ).
La formazione di disolfuro è un risultato comune dello stress ossidativo. Gli acidi solfenici, i sulfenil-alogenuri e i sulfenil-tiocianati su proteine o piccole molecole, sono generalmente intermedi e vengono rapidamente estinti reagendo con un tiolo aggiuntivo per formare disolfuri. Nitrosotioli e sulfenamidi reagiscono anche lentamente con i tioli per dare disolfuri. Gli stati di ossidazione più elevati come gli esteri di tiosolfinato o tiosolfonato possono convertirsi in disolfuri per riduzione o idrolisi. L’ossidazione dei tioli mediata dai radicali può portare a disolfuri (vedere le sezioni successive). Per le proteine con tioli vicinali, il prodotto è un disolfuro intramolecolare. Per altri tioli proteici, la reazione favorita dell’intermedio ossidato è con il GSH presente ad alte concentrazioni intracellulari per formare una proteina glutationilata. Si ritiene che la glutationilazione proteica sia importante come meccanismo per proteggere i tioli proteici funzionali sotto stress ossidativo. Anche se questo può rendere la proteina inattiva, la rimozione del glutatione può ripristinare l’attività. Anche la glutationilazione proteica reversibile viene sempre più riconosciuta come un meccanismo regolatore nella trasduzione del segnale.
La formazione di disolfuri su tioli redox-attivi è un processo dinamico e reversibile. Trx e glutaredossina, insieme a Trx reduttasi e GR, sono in gran parte responsabili della riduzione del disolfuro intracellulare. Questi enzimi stessi funzionano tramite cicli reversibili inter – e intramolecolari tiolo–disolfuro (o seleno–solfuro). Anche i disolfuri subiscono reazioni di scambio. Lo scambio spontaneo di tiolo-disolfuro è relativamente lento; l’ordine di grandezza delle loro costanti di tasso di secondo ordine a pH 7 è ~10-3 M-1 s−1. Procede tramite attacco nucleofilo del tiolato sui centri di zolfo più elettrofili nel legame disolfuro. Pertanto sia le proprietà termodinamiche che cinetiche di queste reazioni dipenderanno in gran parte dai corrispondenti valori di tiolo pKa e dai potenziali redox. Queste reazioni sono usate per determinare i potenziali redox della proteina ed i valori di pKa (rivisti in ). Le reazioni di scambio Uncatalyzed sono troppo lente per avere un impatto importante in un ambiente cellulare dinamico. Tuttavia, le reazioni di scambio catalizzate dall’enzima, catalizzate principalmente da glutaredossina e Trx, svolgono un ruolo importante non solo nell’inversione dell’ossidazione, ma nella regolazione della glutationilazione proteica e delle vie di segnalazione sensibili al redox (recensite in ).
Si pensa che i tioli agiscano come tamponi redox intracellulari e che i potenziali redox delle coppie GSH/GSSG, Trxred/Trxox e cisteina/cistina forniscano una misura utile dello stress ossidativo cellulare. È interessante notare che queste coppie non sono in equilibrio ma sono isolate cineticamente. In altre parole, come risultato di marcate differenze nei tassi di ossidazione dei tioli e di riduzione del disolfuro (rispetto agli eventi catalizzati e non catalizzati), lo stato redox della cellula è controllato cineticamente piuttosto che termodinamicamente, rappresentando un sistema dinamico di nonequilibrio allo stato stazionario .