Мобильная версияДисульфид (биохимия) ⇐ Васина Википедия
-
Автор темыwiki_en
- Всего сообщений: 93984
- Зарегистрирован: 16.01.2024
Дисульфид (биохимия)
«Дисульфиды» (или «дисульфиды» в британском английском) обычно появляются как посттрансляционные модификации белков. Эту связь также называют «SS-связью» или иногда «дисульфидным мостиком», и она обычно образуется из двух тиоловых групп. Дисульфидные мостики, образующиеся между тиоловыми группами в двух остатках цистеина, являются важным компонентом третичной и четвертичной структуры белков.
== Встречаемость в биологии ==
===Присутствие в белках===
Дисульфидные связи могут образовываться в окислительных условиях и играть важную роль в сворачивании и стабильности некоторых белков, обычно белков, секретируемых во внеклеточную среду. Поскольку большинство клеточных компартментов представляют собой восстанавливающую среду, в целом дисульфидные связи нестабильны в цитозоле, за некоторыми исключениями, указанными ниже, если не присутствует сульфгидрилоксидаза.
Дисульфидные связи в белках образуются между тиоловыми группами остатков цистеина в процессе окислительного сворачивания. Другая серосодержащая аминокислота — метионин — не может образовывать дисульфидные связи. Дисульфидную связь обычно обозначают путем переноса сокращений цистеина через дефис, например, при упоминании рибонуклеазы А «дисульфидная связь Cys26–Cys84» или «дисульфидная связь 26–84», или, проще всего, как «C26–C84»
Дисульфидная связь стабилизирует свернутую форму белка несколькими способами:
# Он удерживает две части белка вместе, смещая белок в сторону свернутой топологии. То есть дисульфидная связь «дестабилизирует развернутую форму» белка, снижая энтропию|энтропию его петли.
# Дисульфидная связь может образовывать ядро гидрофобного ядра свернутого белка, т.е. локальные гидрофобные остатки могут конденсироваться вокруг дисульфидной связи и друг на друга посредством гидрофобных взаимодействий.
# Что касается 1 и 2, дисульфидная связь «связывает» два сегмента белковой цепи, «увеличивает» эффективную локальную концентрацию белковых остатков и «понижает» эффективную локальную концентрацию молекул воды. Поскольку молекулы воды атакуют водородные связи амид-амид и разрушают вторичную структуру, дисульфидная связь стабилизирует вторичную структуру поблизости. Например, исследователи идентифицировали несколько пар пептидов, которые изолированно неструктурированы, но приобретают стабильную вторичную и третичную структуру при образовании дисульфидной связи между ними.
«Дисульфидные виды» представляют собой особую пару цистеинов в белке с дисульфидными связями и обычно обозначаются путем перечисления дисульфидных связей в скобках, например, «(26–84, 58–110) дисульфидные виды». «Дисульфидный ансамбль» представляет собой группу всех дисульфидных разновидностей с одинаковым количеством дисульфидных связей и обычно обозначается как ансамбль 1S, ансамбль 2S и т. д. для дисульфидных разновидностей, имеющих одну, две и т. д. дисульфидные связи. Таким образом, дисульфидная разновидность (26–84) принадлежит к ансамблю 1S, а разновидность (26–84, 58–110) – к ансамблю 2S. Одиночный вид без дисульфидных связей обычно обозначается как R, что означает «полностью восстановленный». В типичных условиях тиол-дисульфидный обмен|дисульфидная перетасовка происходит значительно быстрее, чем образование новых дисульфидных связей или их восстановление; следовательно, дисульфидные частицы внутри ансамбля уравновешиваются быстрее, чем между ансамблями.
Нативная форма белка обычно представляет собой один вид дисульфида, хотя некоторые белки могут циклически переключаться между несколькими дисульфидными состояниями в рамках своей функции, например, тиоредоксин. В белках, содержащих более двух цистеинов, могут образовываться ненативные дисульфидные формы, которые почти всегда неправильно свернуты. По мере увеличения количества цистеинов число неместных видов увеличивается факториально.
====У бактерий и архей====
Дисульфидные связи играют важную защитную роль для бактерий как обратимый переключатель, который включает или выключает белок, когда бактериальные клетки подвергаются реакциям окисления. Перекись водорода (водород|H2кислород|O2), в частности, могла бы серьезно повредить ДНК и убить бактерии|бактерии в низких концентрациях, если бы не защитное действие SS-связи. Археи обычно содержат меньше дисульфидов, чем высшие организмы.
====У эукариот====
В эукариотах | эукариотических клетках, как правило, стабильные дисульфидные связи образуются в просвете шероховатого эндоплазматического ретикулума | RER (шероховатый эндоплазматический ретикулум) и митохондриальном межмембранном пространстве, но не в цитозоле. Это связано с более окислительной средой вышеупомянутых компартментов и более восстановительной средой цитозоля (см. глутатион). Таким образом, дисульфидные связи в основном обнаруживаются в секреторных белках, лизосомальных белках и экзоплазматических доменах мембранных белков.
Из этого правила есть заметные исключения. Например, многие ядерные и цитозольные белки могут стать дисульфидно-сшитыми во время некротической гибели клеток.
Дисульфидные связи также образуются внутри и между протаминами в хроматине сперматозоидов многих видов млекопитающих.
====Дисульфиды в регуляторных белках====
Поскольку дисульфидные связи могут обратимо восстанавливаться и повторно окисляться, окислительно-восстановительное состояние этих связей превратилось в сигнальный элемент. Например, в хлоропластах ферментативное восстановление дисульфидных связей связано с контролем многочисленных метаболических путей, а также экспрессией генов. На данный момент было показано, что восстановительная сигнальная активность осуществляется системой ферредоксин-тиоредоксинредуктаза | ферредоксин-тиоредоксин, направляя электроны от световых реакций фотосистемы I для каталитического восстановления дисульфидов в регулируемых белках светозависимым образом. Таким образом, хлоропласты регулируют активность ключевых процессов, таких как цикл Кальвина-Бенсона | цикл Кальвина-Бенсона, деградация крахмала, производство аденозинтрифосфата | АТФ и экспрессия генов в зависимости от интенсивности света. Кроме того, сообщалось, что дисульфиды играют значительную роль в регуляции окислительно-восстановительного состояния двухкомпонентных систем (TCS), которые можно обнаружить у некоторых бактерий, включая фотогенные штаммы. Уникальные внутримолекулярные дисульфидные связи цистеина в АТФ-связывающем домене ТК SrrAB, обнаруженные у Staphylococcus aureus, являются хорошим примером дисульфидов в регуляторных белках, в которых окислительно-восстановительное состояние молекулы SrrB контролируется дисульфидными связями цистеина, что приводит к модификации активности SrrA, включая регуляцию генов.
====В волосах и перьях====
Более 90% сухого веса волос состоит из белков, называемых кератинами, с высоким содержанием дисульфидов, образующихся из аминокислоты цистеина. Прочность, обеспечиваемая частично дисульфидными связями, иллюстрируется обнаружением практически неповрежденных волос из древнеегипетских гробниц. Перья имеют похожий кератин и чрезвычайно устойчивы к пищеварительным ферментам белка. Жесткость волос и перьев определяется содержанием дисульфидов. Управление дисульфидными связями в волосах является основой перманентной завивки в парикмахерском искусстве. Ключевыми являются реагенты, влияющие на образование и разрыв связей S-S, например тиогликолят аммония. Высокое содержание дисульфидов в перьях обусловливает высокое содержание серы в птичьих яйцах. Высокое содержание серы в волосах и перьях приводит к неприятному запаху, возникающему при их сжигании.
====При болезни====
Цистиноз – это состояние, при котором цистин осаждается в различных органах. Это накопление мешает функционированию организма и может привести к летальному исходу. Это расстройство можно устранить путем лечения цистеамином. :
==Дополнительная литература==
*
*
Структура белка
Посттрансляционная модификация
Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Disulfide_(biochemistry)
«Дисульфиды» (или «дисульфиды» в британском английском) обычно появляются как посттрансляционные модификации белков. Эту связь также называют «SS-связью» или иногда «дисульфидным мостиком», и она обычно образуется из двух тиоловых групп. Дисульфидные мостики, образующиеся между тиоловыми группами в двух остатках цистеина, являются важным компонентом третичной и четвертичной структуры белков.
== Встречаемость в биологии ==
===Присутствие в белках===
Дисульфидные связи могут образовываться в окислительных условиях и играть важную роль в сворачивании и стабильности некоторых белков, обычно белков, секретируемых во внеклеточную среду. Поскольку большинство клеточных компартментов представляют собой восстанавливающую среду, в целом дисульфидные связи нестабильны в цитозоле, за некоторыми исключениями, указанными ниже, если не присутствует сульфгидрилоксидаза.
Дисульфидные связи в белках образуются между тиоловыми группами остатков цистеина в процессе окислительного сворачивания. Другая серосодержащая аминокислота — метионин — не может образовывать дисульфидные связи. Дисульфидную связь обычно обозначают путем переноса сокращений цистеина через дефис, например, при упоминании рибонуклеазы А «дисульфидная связь Cys26–Cys84» или «дисульфидная связь 26–84», или, проще всего, как «C26–C84»
Дисульфидная связь стабилизирует свернутую форму белка несколькими способами:
# Он удерживает две части белка вместе, смещая белок в сторону свернутой топологии. То есть дисульфидная связь «дестабилизирует развернутую форму» белка, снижая энтропию|энтропию его петли.
# Дисульфидная связь может образовывать ядро гидрофобного ядра свернутого белка, т.е. локальные гидрофобные остатки могут конденсироваться вокруг дисульфидной связи и друг на друга посредством гидрофобных взаимодействий.
# Что касается 1 и 2, дисульфидная связь «связывает» два сегмента белковой цепи, «увеличивает» эффективную локальную концентрацию белковых остатков и «понижает» эффективную локальную концентрацию молекул воды. Поскольку молекулы воды атакуют водородные связи амид-амид и разрушают вторичную структуру, дисульфидная связь стабилизирует вторичную структуру поблизости. Например, исследователи идентифицировали несколько пар пептидов, которые изолированно неструктурированы, но приобретают стабильную вторичную и третичную структуру при образовании дисульфидной связи между ними.
«Дисульфидные виды» представляют собой особую пару цистеинов в белке с дисульфидными связями и обычно обозначаются путем перечисления дисульфидных связей в скобках, например, «(26–84, 58–110) дисульфидные виды». «Дисульфидный ансамбль» представляет собой группу всех дисульфидных разновидностей с одинаковым количеством дисульфидных связей и обычно обозначается как ансамбль 1S, ансамбль 2S и т. д. для дисульфидных разновидностей, имеющих одну, две и т. д. дисульфидные связи. Таким образом, дисульфидная разновидность (26–84) принадлежит к ансамблю 1S, а разновидность (26–84, 58–110) – к ансамблю 2S. Одиночный вид без дисульфидных связей обычно обозначается как R, что означает «полностью восстановленный». В типичных условиях тиол-дисульфидный обмен|дисульфидная перетасовка происходит значительно быстрее, чем образование новых дисульфидных связей или их восстановление; следовательно, дисульфидные частицы внутри ансамбля уравновешиваются быстрее, чем между ансамблями.
Нативная форма белка обычно представляет собой один вид дисульфида, хотя некоторые белки могут циклически переключаться между несколькими дисульфидными состояниями в рамках своей функции, например, тиоредоксин. В белках, содержащих более двух цистеинов, могут образовываться ненативные дисульфидные формы, которые почти всегда неправильно свернуты. По мере увеличения количества цистеинов число неместных видов увеличивается факториально.
====У бактерий и архей====
Дисульфидные связи играют важную защитную роль для бактерий как обратимый переключатель, который включает или выключает белок, когда бактериальные клетки подвергаются реакциям окисления. Перекись водорода (водород|H2кислород|O2), в частности, могла бы серьезно повредить ДНК и убить бактерии|бактерии в низких концентрациях, если бы не защитное действие SS-связи. Археи обычно содержат меньше дисульфидов, чем высшие организмы.
====У эукариот====
В эукариотах | эукариотических клетках, как правило, стабильные дисульфидные связи образуются в просвете шероховатого эндоплазматического ретикулума | RER (шероховатый эндоплазматический ретикулум) и митохондриальном межмембранном пространстве, но не в цитозоле. Это связано с более окислительной средой вышеупомянутых компартментов и более восстановительной средой цитозоля (см. глутатион). Таким образом, дисульфидные связи в основном обнаруживаются в секреторных белках, лизосомальных белках и экзоплазматических доменах мембранных белков.
Из этого правила есть заметные исключения. Например, многие ядерные и цитозольные белки могут стать дисульфидно-сшитыми во время некротической гибели клеток.
Дисульфидные связи также образуются внутри и между протаминами в хроматине сперматозоидов многих видов млекопитающих.
====Дисульфиды в регуляторных белках====
Поскольку дисульфидные связи могут обратимо восстанавливаться и повторно окисляться, окислительно-восстановительное состояние этих связей превратилось в сигнальный элемент. Например, в хлоропластах ферментативное восстановление дисульфидных связей связано с контролем многочисленных метаболических путей, а также экспрессией генов. На данный момент было показано, что восстановительная сигнальная активность осуществляется системой ферредоксин-тиоредоксинредуктаза | ферредоксин-тиоредоксин, направляя электроны от световых реакций фотосистемы I для каталитического восстановления дисульфидов в регулируемых белках светозависимым образом. Таким образом, хлоропласты регулируют активность ключевых процессов, таких как цикл Кальвина-Бенсона | цикл Кальвина-Бенсона, деградация крахмала, производство аденозинтрифосфата | АТФ и экспрессия генов в зависимости от интенсивности света. Кроме того, сообщалось, что дисульфиды играют значительную роль в регуляции окислительно-восстановительного состояния двухкомпонентных систем (TCS), которые можно обнаружить у некоторых бактерий, включая фотогенные штаммы. Уникальные внутримолекулярные дисульфидные связи цистеина в АТФ-связывающем домене ТК SrrAB, обнаруженные у Staphylococcus aureus, являются хорошим примером дисульфидов в регуляторных белках, в которых окислительно-восстановительное состояние молекулы SrrB контролируется дисульфидными связями цистеина, что приводит к модификации активности SrrA, включая регуляцию генов.
====В волосах и перьях====
Более 90% сухого веса волос состоит из белков, называемых кератинами, с высоким содержанием дисульфидов, образующихся из аминокислоты цистеина. Прочность, обеспечиваемая частично дисульфидными связями, иллюстрируется обнаружением практически неповрежденных волос из древнеегипетских гробниц. Перья имеют похожий кератин и чрезвычайно устойчивы к пищеварительным ферментам белка. Жесткость волос и перьев определяется содержанием дисульфидов. Управление дисульфидными связями в волосах является основой перманентной завивки в парикмахерском искусстве. Ключевыми являются реагенты, влияющие на образование и разрыв связей S-S, например тиогликолят аммония. Высокое содержание дисульфидов в перьях обусловливает высокое содержание серы в птичьих яйцах. Высокое содержание серы в волосах и перьях приводит к неприятному запаху, возникающему при их сжигании.
====При болезни====
Цистиноз – это состояние, при котором цистин осаждается в различных органах. Это накопление мешает функционированию организма и может привести к летальному исходу. Это расстройство можно устранить путем лечения цистеамином. :
==Дополнительная литература==
*
*
Структура белка
Посттрансляционная модификация
Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Disulfide_(biochemistry)