קשר דיסולפידי

בכימיה, קשר דיסולפידי הוא קשר קוולנטי יחיד המתרחש בין שתי קבוצות תרכובות אורגניות (תיול). הקשר נקרא גם קשר S-S או גשר דיסולפידי. למעשה סטויכיומטריה גסה של הקשר; C-S-S-C. הטרמינולוגיה כמעט ייחודית לשימושים בביוכימיה, ובכימיה ביואינאורגנית וביואורגנית. רשמית החיבור נקרא פרה-סולפיד, אך השימוש בשם זה הוא נדיר. שלושה אטומי גופרית באינטראקציה רציפה נקראים קשר טריסולפיד, אף על פי שלמעשה יש שני קשרי S-S ברצף. קשר דיסולפידי נוצר בדרך כלל מחימצון קבוצת סולפהידריל (SH), ראו תמונה. קשרים דיסולפידים ממלאים תפקיד חשוב בקיפול וייצוב מבני של חלבונים רבים, בדרך כלל חלבונים שמופרשים למדיום החיצוני (extracellular medium). מכיוון שרוב המדורים התאיים הם סביבות מחזרות, קשרים דיסולפידים לא יציבים בציטוזול (עם הסתייגות שתפורט בהמשך). ציסטין מורכבת משני ציסטאין מחוברים על ידי קשר דיסולפידי. קשר זה בחלבונים נוצר בין שתי קבוצות תיול של שיירי ציסטאינים ריאקטיבים. חומצה אמינית נוספת שמכילה אטום גופרית, מתיונין, לא יוצרת קשר מסוג זה. אב הטיפוס של קשר דיסולפידי בחלבון הוא בין שתי חומצות אמינו פפטידיות. המבנה של הקשר מתואר על ידי הזווית הנוצרת בין אטומי χss המרכזיים ובין אטומי Cβ − Sγ − Sγ − Cβ שבדרך כלל נמצאים בקירוב בזווית ±90°. קשר דיסולפידי מייצב את המבנה השלישוני בכמה דרכים: הוא מחזיק שני אזורי רצפים מרוחקים ביחד, ומעודד את הקיפול הטופולוגי של החלבון (מבנה רביעוני). משמע, יצירת הקשר מערערת את הצורה הלא מקופלת של החלבון על ידי הורדת האנטרופיה. הקשר יכול ליצור מיקרוסביבה של ליבה הידרופובית בחלבון המקופל. שיירים הידרופוביים יצרו מבנה דחוס יותר סביב הקשר הדיסולפידי על ידי אינטראקציות הידרופוביות (קשר יוני). בהקשר לסעיפים 1 ו 2, קשר שכזה מחבר שני סגמנטים שונים בשרשרת הפוליפפטידית, מגדיל את הריכוז האפקטיבי של שיירי חומצות האמינו ומוריד את הריכוז האפקטיבי של מולקולות המים. כיוון שמולקולות מים תוקפות קישרי מימן ומחלישים יציבות של מבנה שניוני, קשר דיסולפידי מעלה פוטנציאל אינטראקציות בפפטיד וכך תורם לייצוב המבני. קשר דיסולפידי בחלבון נוצר על ידי ריאקצית מעבר תיול-דיסולפיד, בין זוג ציסטאינים ומתואר על ידי מיספור השיירים בשרשרת הפפטידית לדוגמה; (26-84). המבנה הנטיבי של רוב החלבונים בעל קשרים דיסולפידיים קבועים, על אף שיש חלבונים המתמרנים בין שני מצבים טבעיים, ועל כן נשברים ונוצרים קשרים חדשים. האנזים (Thioredoxin) תיורדוקסין Thioredoxin משמש כאנטיאוקסידנט המזרז חיזור חלבונים אחרים על ידי ריאקציות חמזור תיול-דיסולפיד. אנזימים אלו חיוניים לחיים ביונקים. בחלבונים שבהם יותר השתי זוגות ציצטאין ריאקטיבים, קשרים שגויים בין השיירים יכולים להיווצר, שברוב המקרים יוצרים מבנה מרחבי לא פעיל (קיפול נכון פרופרציונלי לרמת פונקציונליות).ככל שתדירות הקשרים עולה בחלבון, כך התדירות הסטטיסטית לאפשרויות הקשר בין השיירים עולה. לדוגמה, לחלבון (ribonuclease A) ריבונוקלאז Ribonuclease A שמונה שיירי צסטאין ריאקטיבים וכ־105 אפשרויות שונות ליצירת ארבעה קשרים דיסולפידים. (Isomerases) איזומראז [Isomerases] Isomerase זוהה כמזרז שבירת קשרים דיסולפידים שגויים, ומעלה את רמת הדיוק ביצירת קשרים דיסולפידים נכונים. חלבונים שלהם קשרים דיסולפידים טבעיים בצורה חלקית, בסביבה דנטורטיבית הקשרים החסרים ייווצרו ונקבל חלבון פעיל לחלוטין במבנה נטיבי. הקשרים הדיסולפידים הנכונים יצבו מבנה שלישוני שגוי אומנם, אך השגיאה ברמת קשרי המימן ההפיכים ולא ברמת הקשר הקוולנטי בין התיולים. כדי לבצע אנליזה למבנה החלבון, בדרך כלל נחוץ לשבור קשרים דיסולפידים. ראקציית החיזור הזו מושגת על ידי טיפול בריאגנט בשם 2-מרקפטואתנול. ניתן לזהות קשרים דיסולפידיים בחלבון באמצעות אלקטרופורזה אלכסונית. קישור למסלולי ריאקציה וסטויכומטריה [1] קישור למסלולי סינתזה האאוקריוטים Hiroshi Kadokura, Federico Katzen, Jon Beckwith, Protein disulfide bond formation in prokaryotes, Annual Review of Biochemistry 72, 2003, עמ' 111–135 doi: 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161459 קישור לערך אנזימים אוקסידטיבים באאוקריוטים [2] קישור לערך אנזימים איזומרים דיסולפידים [3]