4.2 disiarczek
Disiarczki są stosunkowo stabilnymi produktami utleniania tiolowego i odgrywają ważną rolę w drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych strukturach białek. Składaniu nowo zsyntetyzowanych polipeptydów towarzyszy enzymatyczne tworzenie wiązania dwusiarczkowego. Krótko mówiąc, w retikulum endoplazmatycznym utlenianie białek odbywa się za pośrednictwem izomeraz dwusiarczkowych białek poprzez ich wewnątrzcząsteczkowe redoks aktywne wiązania dwusiarczkowe Cys–x–x–Cys, a w mitochondrialnej przestrzeni międzybłonowej enzym Mia40 jest odpowiedzialny za utlenianie przychodzących białek poprzez jego motyw Cys–Pro–Cys (recenzja w ). Przez długi czas uważano, że kiedyś utworzone strukturalne wiązania dwusiarczkowe są stabilnymi i obojętnymi jednostkami w środowisku fizjologicznym. Jednak wiele białek zawiera wiązania dwusiarczkowe, które mogą być zmniejszone enzymatycznie, co sugeruje znacznie bardziej dynamiczną sytuację. Wykazano, że proces ten bierze udział w aktywacji wielu białek regulatorowych, w tym trombospondyny, receptorów powierzchniowych komórek i czynnika tkankowego (recenzja w ).
powstawanie Dwusiarczków jest częstym wynikiem stresu oksydacyjnego. Kwasy sulfenowe, halogenki sulfenylu i tiocyjaniany sulfenylu na białkach lub małych cząsteczkach są na ogół półproduktami i są szybko hartowane przez reakcję z dodatkowym tiolem w celu utworzenia disiarczków. Nitrozotiole i sulfenamidy również reagują powoli z tiolami, dając disiarczki. Wyższe stany utleniania, takie jak tiosulfonian lub estry tiosulfonianowe, mogą przekształcić się w disiarczki poprzez redukcję lub hydrolizę. Utlenianie tiolowe za pośrednictwem rodników może prowadzić do powstania dwusiarczków (patrz późniejsze sekcje). W przypadku białek z tiolami wicynalnymi produktem jest dwusiarczek wewnątrzcząsteczkowy. W przypadku innych tioli białkowych korzystną reakcją utlenionego związku pośredniego jest GSH obecny w wysokich stężeniach wewnątrzkomórkowych, tworząc białko glutationylowane. Uważa się, że glutationylacja białek jest ważna jako mechanizm ochrony funkcjonalnych tioli białek w stresie oksydacyjnym. Chociaż może to uczynić białko nieaktywnym, usunięcie glutationu może przywrócić aktywność. Odwracalna glutationylacja białek jest również coraz częściej uznawana za mechanizm regulacyjny w transdukcji sygnału.
tworzenie się disiarczków na tiolach aktywnych redoks jest procesem dynamicznym i odwracalnym. Trx i glutaredoksyna, wraz z reduktazą Trx i GR, są w dużej mierze odpowiedzialne za wewnątrzkomórkową redukcję dwusiarczków. Enzymy te same funkcjonują poprzez odwracalne cykle między–i wewnątrzcząsteczkowe tiolowo–dwusiarczkowe (lub seleno-siarczkowe). Disiarczki również ulegają reakcjom wymiany. Spontaniczna wymiana tiolowo-dwusiarczkowa jest stosunkowo powolna; rząd wielkości ich stałych szybkości drugiego rzędu przy pH 7 wynosi ~10-3 M−1 s-1. Przebiega poprzez nukleofilowy atak tiolanu na bardziej elektrofilowe centra siarki w wiązaniu dwusiarczkowym. Dlatego zarówno właściwości termodynamiczne, jak i kinetyczne tych reakcji będą w dużej mierze zależeć od odpowiednich wartości PKA tiolu i potencjałów redoks. Reakcje te są wykorzystywane do określenia potencjału redoks białka i wartości PKA (recenzja w). Nieskatalizowane reakcje wymiany są zbyt powolne, aby miały znaczący wpływ na dynamiczne środowisko komórkowe. Jednak katalizowane enzymami reakcje wymiany, katalizowane głównie przez glutaredoksynę i Trx, odgrywają ważną rolę nie tylko w odwracaniu utleniania, ale także w regulacji glutationylacji białek i wrażliwych na redoks szlaków sygnałowych (recenzja w ).
uważa się, że tiole działają jako wewnątrzkomórkowe bufory redoks, a potencjały redoks par GSH/GSSG, Trxred/Trxox i cysteina/cystyna stanowią użyteczną miarę komórkowego stresu oksydacyjnego. Co ciekawe, pary te nie są w równowadze, ale są izolowane kinetycznie. Innymi słowy, w wyniku znacznych różnic w stopniach utleniania tioli i redukcji dwusiarczków (w stosunku do katalizowanych i niekatalizowanych zdarzeń) stan redoks komórki jest kontrolowany kinetycznie, a nie termodynamicznie, co stanowi dynamiczny układ stacjonarny w stanie nierównoważnym.