4.2 Disulfide
disulfiden zijn relatief stabiele producten van thioloxidatie en hebben een belangrijke rol in de secundaire, tertiaire en quaternaire structuren van eiwitten. Het vouwen van pas gesynthetiseerde polypeptiden gaat vergezeld van enzym-gekatalyseerde disulfidebandvorming. Kort, in de endoplasmic reticulum eiwit oxidatie wordt gemedieerd door eiwitdisulfide isomerases via hun intramoleculaire redox actieve Cys-x-x-Cys disulfidebindingen en in de mitochondrial intermembrane ruimte is het mia40 enzym verantwoordelijk voor oxidatie van de inkomende proteã nen via zijn Cys–Pro–Cys motief (herzien in ). Lange tijd werd gedacht dat ooit gevormde structurele disulfidebindingen stabiel en inerte entiteiten zijn in een fysiologisch milieu. Nochtans, bevatten een aantal proteã nen disulfidebanden die enzymatisch kunnen worden verminderd, die een veel dynamischer situatie voorstellen. Dit proces bleek betrokken te zijn bij de activering van een aantal regulerende eiwitten, waaronder trombospondin, receptoren op het celoppervlak en weefselfactor (beoordeeld in ).
Disulfidevorming komt vaak voor bij oxidatieve stress. De Sulfenic zuren, sulfenyl-halogeniden, en sulfenyl-thiocyanates op proteã NEN of kleine molecules, zijn over het algemeen tussenpersonen en worden snel geblust door met een extra thiol te reageren om disulfides te vormen. Nitrosothiolen en sulfenamiden reageren ook langzaam met thiolen om disulfiden te geven. Hogere oxidatietoestanden zoals thiosulfinaat of thiosulfonaatesters kunnen omzetten in disulfiden door reductie of hydrolyse. Radicaal-gemedieerde thioloxidatie kan leiden tot disulfiden (zie de latere secties). Voor eiwitten met Vicinale thiolen is het product Een intramoleculair disulfide. Voor andere eiwitthiolen, is de voorkeursreactie van de geoxideerde tussenpersoon met GSH huidig bij hoge intracellular concentraties om een glutathionylated proteã ne te vormen. Eiwitglutathionylatie wordt beschouwd als een belangrijk mechanisme voor de bescherming van functionele eiwitthiolen onder oxidatieve stress. Hoewel dit de proteã ne inactief kan maken, kan de verwijdering van glutathion activiteit herstellen. De omkeerbare eiwitglutathionylatie wordt ook meer en meer erkend als regelgevend mechanisme in signaaltransductie.
vorming van disulfiden op redoxactieve thiolen is een dynamisch en reversibel proces. Trx en glutaredoxin, samen met Trx reductase en GR, zijn grotendeels verantwoordelijk voor intracellulaire disulfide reductie. Deze enzymen zelf functioneren via reversibele inter–en intramoleculaire thioldisulfide (of seleno–sulfide) cycli . Disulfiden ondergaan ook uitwisselingsreacties. De spontane uitwisseling van thiol-disulfide verloopt relatief traag; de Orde van grootte van hun tweede-orde snelheidsconstanten bij pH 7 is ~10-3 M−1 s−1. Het verloopt via nucleofiele aanval van het thiolaat op de meer elektrofiele zwavelcentra in de disulfidebinding. Daarom zullen zowel de thermodynamische als kinetische eigenschappen van deze reacties grotendeels afhangen van de overeenkomstige thiol pKa waarden en redox potentialen. Deze reacties worden gebruikt om eiwitredoxpotentialen en pKa-waarden te bepalen (beoordeeld in ). Niet-gekatalyseerde uitwisselingsreacties zijn te traag om een belangrijke impact te hebben in een dynamische cellulaire omgeving. Enzym-gekatalyseerde uitwisselingsreacties, voornamelijk gekatalyseerd door glutaredoxine en Trx, spelen echter niet alleen een belangrijke rol bij het omkeren van oxidatie, maar ook bij het reguleren van eiwitglutathionylatie en redoxgevoelige signaalwegen (beoordeeld in ).Men vermoedt dat thiolen als intracellulaire redoxbuffers werken en de redoxpotentialen van de paren GSH/GSSG, Trxred/Trxox en cysteïne/cystine vormen een nuttige maatstaf voor cellulaire oxidatieve stress. Interessant is dat deze paren niet in evenwicht zijn, maar kinetisch geïsoleerd zijn. Met andere woorden, als gevolg van duidelijke verschillen in thioloxidatie-en disulfidereductiesnelheden (ten opzichte van gekatalyseerde en niet-gekatalyseerde gebeurtenissen) wordt de redoxstatus van de cel eerder kinetisch dan thermodynamisch geregeld, hetgeen een dynamisch evenwichtsstadystaatsysteem vertegenwoordigt .