disülfür - Disulfide

Olarak biyokimya , bir disülfid bir belirtmektedir işlevsel grup yapısına R ile S-S -R '. Bağlantı ayrıca bir SS bağı veya bazen bir disülfid köprüsü olarak da adlandırılır ve genellikle iki tiyol grubunun birleştirilmesiyle elde edilir . Biyolojide, iki sistein kalıntısındaki tiyol grupları arasında oluşan disülfid köprüleri, proteinlerin ikincil ve üçüncül yapısının önemli bir bileşenidir . Persülfid genellikle R-S-S-H bileşiklerini ifade eder.

Olarak inorganik kimya disülfit genellikle karşılık gelen belirtir anyon S2−
2( - S−S - ).

Organik disülfidler

Bir dizi disülfid
FeS 2 , "aptalın altını"
S 2 Cl 2 , yaygın bir endüstriyel kimyasal
sistin , birçok proteinde çapraz bağlayıcı
bir vitamin olan lipoik asit
Ph 2 S 2 , yaygın bir organik disülfid

Simetrik disülfidler formülüne ait bileşiklerdir 2 S 2 . Organo kükürt kimyasında karşılaşılan çoğu disülfid simetrik disülfidlerdir. Simetrik olmayan disülfidler (aynı zamanda heterodisülfidler olarak da adlandırılır ) RSSR' formülünün bileşikleridir. Organik kimyada daha az yaygındırlar, ancak doğadaki çoğu disülfid simetrik değildir.

Özellikler

Disülfid bağları, 60 kcal/mol (251 kJ mol- 1 ) tipik bağ ayrışma enerjisi ile güçlüdür . Bununla birlikte, C−C ve C−H bağlarından yaklaşık %40 daha zayıf olduğundan , disülfid bağı çoğu molekülde genellikle "zayıf halka"dır. Ayrıca, iki değerlikli kükürtün polarize edilebilirliğini yansıtan S-S bağı, hem elektrofiller hem de özellikle nükleofiller (Nu) gibi polar reaktifler tarafından kesilmeye karşı hassastır :

RS−SR + Nu − → RS−Nu + RS −

Disülfid bağının uzunluğu yaklaşık 2.05  A , bir C-C bağından yaklaşık 0.5 A daha uzundur. S-S ekseni etrafındaki dönüş, düşük bir bariyere tabidir. Disülfidler, 90°'ye yaklaşan dihedral açılar için belirgin bir tercih gösterir . Açı 0° veya 180°'ye yaklaştığında disülfid önemli ölçüde daha iyi bir oksitleyicidir.

İki R grubunun aynı olduğu disülfidlere simetrik denir, örnekler difenil disülfid ve dimetil disülfiddir . İki R grubu aynı olmadığında, bileşiğin asimetrik veya karışık disülfid olduğu söylenir.

Her ne kadar hidrojenasyon disülfidlerin genellikle pratik değildir, reaksiyon için denge sabiti disülfitler için standart redoks potansiyelinin bir ölçüsünü sağlar:

RSSR + H 2 → 2 RSH

Bu değer, standart hidrojen elektrotuna (pH = 7) karşı yaklaşık −250 mV'dir . Karşılaştırıldığında, ferrodoksinler için standart indirgeme potansiyeli yaklaşık -430 mV'dir.

sentez

Disülfid bağları genellikle oluşturulur oksidasyon arasında sülfhidril (-SH) gruplarının , özellikle biyolojik bağlamlarda. Dönüşüm şu şekilde tasvir edilmiştir:

2 RSH ⇌ RS−SR + 2 H + + 2 e −

Bu reaksiyona oksijen ve hidrojen peroksit dahil olmak üzere çeşitli oksidanlar katılır . Bu tür reaksiyonların, sülfenik asit ara maddeleri yoluyla ilerlediği düşünülmektedir . Laboratuvarda, tiyolleri disülfidlere oksitlemek için baz varlığında iyot yaygın olarak kullanılır. Bakır(II) ve demir(III) kompleksleri gibi çeşitli metaller bu reaksiyonu etkiler. Alternatif olarak, genellikle tiyol-disülfid değişimi ile oluşturulan proteinlerdeki disülfid bağları :

RS−SR + R'SH ⇌ R'S−SR + RSH

Bu tür reaksiyonlara bazı durumlarda enzimler aracılık eder ve diğer durumlarda özellikle katalitik miktarda baz varlığında denge kontrolü altındadır.

Alkilasyon , alkali metal di- ve polisülfidler disülfitleri verir. "Tiyokol" polimerleri, sodyum polisülfid bir alkil dihalojenür ile muamele edildiğinde ortaya çıkar . Tersine reaksiyonda, karbanyonik reaktifler, tiyoeter, disülfid ve daha yüksek polisülfidlerin karışımlarını vermek üzere elementel kükürt ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar genellikle seçici değildir ancak belirli uygulamalar için optimize edilebilir.

Simetrik olmayan disülfidlerin sentezi (heterodisülfidler)

Simetrik olmayan disülfidlerin oluşturulması için birçok özel yöntem geliştirilmiştir. "RS + " eşdeğerini veren reaktifler, asimetrik disülfidler vermek üzere tiyollerle reaksiyona girer:

RSH + R'SNR" 2 → RS−SR' + HNR" 2

burada R" 2 N ftalimido grubudur. Bunte tuzları , RSSO 3 – Na + tipi türevler de simetrik olmayan disülfidler üretmek için kullanılır: Na[O 3 S 2 R] + NaSR' → RSSR' + Na 2 SO 3

Reaksiyonlar

Disülfid bağlarının en önemli yönü, indirgeme yoluyla meydana gelen bölünmeleridir. Çeşitli indirgeyiciler kullanılabilir. Biyokimyada, β- merkaptoetanol (β-ME) veya ditiyotreitol (DTT) gibi tiyoller indirgeyici görevi görür; tiyol reaktifleri, dengeyi sağa yönlendirmek için fazla kullanılır:

RS-SR + 2- HOCH 2 CH 2 SH ⇌ HOCH 2 CH 2 , S-SCH 2 , CH 2 , OH + 2 RSH

İndirgeyici tris(2-karboksietil)fosfin (TCEP), β-ME ve DTT'ye kıyasla kokusuz olmasının yanı sıra, seçici olduğundan, hem alkali hem de asidik koşullarda (DTT'den farklı olarak) çalıştığından, daha hidrofilik olduğundan ve suya karşı daha dirençli olduğundan yararlıdır. havada oksidasyon. Ayrıca, protein tiyollerinin modifikasyonundan önce TCEP'in çıkarılmasına genellikle gerek yoktur.

Organik sentezde, hidrit ajanları tipik olarak sodyum borohidrit gibi disülfidlerin kesilmesi için kullanılır . Daha agresif, alkali metaller bu reaksiyonu etkiler:

RS−SR + 2 Na → 2 NaSR

Bu reaksiyonları genellikle elde edilen metal tiyolatın protonlanması izler:

NaSR + HCl → HSR + NaCl

Tiol-disülfid değişim a, kimyasal reaksiyon , içindeki tiolat grubu -S - bir atak sülfür atomu , bir disülfid bağının -S-'dir. Orijinal disülfid bağı kırılır ve diğer kükürt atomu, negatif yükü alarak yeni bir tiyolat olarak salınır. Bu arada, saldıran tiolat ile orijinal kükürt atomu arasında yeni bir disülfid bağı oluşur.

Yükün üç kükürt atomu arasında paylaşıldığı lineer ara ürünü gösteren tiyol-disülfid değişimi. Tiyolat grubu (kırmızı ile gösterilen) disülfid bağının bir kükürt atomuna (mavi ile gösterilen) saldırır, diğer kükürt atomunu (yeşil ile gösterilen) yer değiştirir ve yeni bir disülfid bağı oluşturur.

Tiyoller değil tiyolatlar disülfit bağlarına saldırır. Bu nedenle, tiyol-disülfid değişimi, protonsuz tiyol formunun protonsuz tiolat formuna göre tercih edildiği düşük pH'ta (tipik olarak 8'in altında) inhibe edilir. ( P K bir tipik tiyol grubunun yaklaşık 8.3, ancak ortama bağlı olarak değişebilir.)

Tiyol-disülfid değişimi, bir proteinde disülfid bağlarının oluşturulduğu ve yeniden düzenlendiği ana reaksiyondur . Bir protein içindeki disülfid bağlarının yeniden düzenlenmesi genellikle protein içi tiyol-disülfid değişim reaksiyonları yoluyla gerçekleşir; bir sistein kalıntısının bir tiolat grubu , proteinin kendi disülfid bağlarından birine saldırır. Bu disülfid yeniden düzenleme süreci ( disülfid karıştırma olarak bilinir ), bir protein içindeki disülfid bağlarının sayısını değiştirmez, sadece konumlarını (yani, hangi sisteinlerin bağlandığını) değiştirir. Disülfid yeniden karıştırma genellikle bir protein içindeki disülfid bağlarının sayısını değiştiren oksidasyon/indirgeme reaksiyonlarından çok daha hızlıdır. Protein disülfid bağlarının in vitro oksidasyonu ve indirgenmesi de genellikle tiyol-disülfid değişim reaksiyonları yoluyla gerçekleşir. Tipik olarak, glutatyon veya ditiotreitol gibi bir redoks reaktifinin tiolatı , protein ve reaktif arasında karışık bir disülfid bağı oluşturan bir protein üzerindeki disülfid bağına saldırır . Bu karışık disülfid bağı, reaktiften başka bir tiolat tarafından saldırıya uğradığında, sisteinin oksitlenmesini sağlar. Gerçekte, disülfid bağı, proteinden reaktife, her ikisi de tiyol-disülfid değişim reaksiyonları olmak üzere iki aşamada transfer edilir.

İn vivo olarak , tiol-disülfid değişimi ile oksidasyon ve protein disülfid bağlarının indirgenmesi verilen bir protein ile kolaylaştırılır tioredoksin . Bilinen tüm organizmalar için gerekli olan bu küçük protein, bir iç disülfid bağı veya diğer proteinlerle disülfid bağları oluşturmasını sağlayan, komşu bir düzende (yani yan yana) iki sistein amino asit kalıntısı içerir . Bu haliyle, indirgenmiş veya oksitlenmiş disülfid bağ parçalarının bir deposu olarak kullanılabilir.

Disülfidler için, yine esas olarak, genellikle bir moleküldeki en zayıf bağ olan S-S bağının kesilmesiyle ilişkili birçok özel organik reaksiyon geliştirilmiştir. Zincke disülfid parçalanma reaksiyonlarında, disülfidler halojenler tarafından parçalanır. Bu reaksiyon, bir sülfenil halojenür verir :

ArSSAr + Cl 2 → 2 ArSCl

Biyolojide meydana gelme

Bir proteinin bölgelerini çapraz bağlayan disülfid bağlarının şeması

Proteinlerde meydana gelmesi

Disülfid bağları oksitleyici koşullar altında oluşturulabilir ve genellikle hücre dışı ortama salgılanan proteinler olmak üzere bazı proteinlerin katlanması ve stabilitesinde önemli bir rol oynar. Hücresel bölmelerin çoğu indirgeyici ortamlar olduğundan, genel olarak, bir sülfhidril oksidaz mevcut olmadığı sürece, aşağıda belirtildiği gibi bazı istisnalar dışında , disülfid bağları sitozolde kararsızdır .

Sistin , bir disülfid bağıyla (burada nötr formunda gösterilmektedir) bağlanan iki sisteinden oluşur .

Proteinlerdeki disülfid bağları , oksidatif katlanma işlemi ile sistein kalıntılarının tiyol grupları arasında oluşturulur . Diğer kükürt içeren amino asit, metionin , disülfid bağları oluşturamaz. Bir disülfid bağı tipik olarak sistein kısaltmalarının tirelenmesiyle belirtilir, örneğin, ribonükleaz A'dan "Cys26–Cys84 disülfid bağı" veya "26-84 disülfid bağı"ndan bahsederken veya en basit haliyle "C26-C84" olarak belirtilir. disülfid bağı anlaşılmıştır ve belirtilmesine gerek yoktur. Bir protein disülfid bağının prototipi, bir disülfid bağı ile birleştirilen iki sistein amino asidinden oluşan iki amino asitli peptit sistindir . Bir disülfid bağının yapısı , genellikle ±90°'ye yakın olan C β −S γ −S γ −C β atomları arasındaki χ ss dihedral açısı ile tanımlanabilir .

Disülfid bağı, bir proteinin katlanmış formunu çeşitli şekillerde stabilize eder:

  1. Proteinin iki bölümünü bir arada tutar ve proteini katlanmış topolojiye doğru yönlendirir. Yani disülfid bağı , entropisini düşürerek proteinin katlanmamış formunun dengesini bozar .
  2. Disülfid bağı , katlanmış proteinin hidrofobik bir çekirdeğinin çekirdeğini oluşturabilir, yani lokal hidrofobik kalıntılar, hidrofobik etkileşimler yoluyla disülfid bağının etrafında ve birbirleri üzerinde yoğunlaşabilir .
  3. 1 ve 2 ile ilgili olarak, disülfid bağı protein zincirinin iki parçasını birbirine bağlar , protein kalıntılarının etkin lokal konsantrasyonunu arttırır ve su moleküllerinin etkili lokal konsantrasyonunu düşürür . Su molekülleri, amid-amid hidrojen bağlarına saldırdığı ve ikincil yapıyı bozduğu için, bir disülfid bağı, çevresindeki ikincil yapıyı stabilize eder. Örneğin, araştırmacılar, izolasyonda yapılandırılmamış, ancak aralarında bir disülfid bağı oluşumu üzerine kararlı ikincil ve üçüncül yapıyı benimseyen birkaç peptit çifti tanımladılar.

Bir disülfid türü , disülfide bağlı bir proteindeki sisteinlerin özel bir eşleşmesidir ve genellikle disülfid bağlarının parantez içinde listelenmesiyle gösterilir, örneğin "(26-84, 58-110) disülfid türleri". Bir disülfid topluluğu , aynı sayıda disülfid bağına sahip tüm disülfid türlerinin bir grubudur ve genellikle bir, iki vb. disülfid bağına sahip disülfür türleri için 1S topluluğu, 2S topluluğu vb. olarak gösterilir. Böylece, (26-84) disülfid türü 1S grubuna, (26-84, 58-110) türü ise 2S grubuna aittir. Disülfid bağı olmayan tek tür genellikle "tamamen indirgenmiş" için R olarak gösterilir. Tipik koşullar altında, disülfid yeniden karıştırma , yeni disülfid bağlarının oluşumundan veya bunların indirgenmesinden çok daha hızlıdır; bu nedenle, bir topluluk içindeki disülfid türleri, topluluklar arasında olduğundan daha hızlı dengelenir.

Bir proteinin doğal formu genellikle tek bir disülfid türüdür, ancak bazı proteinler işlevlerinin bir parçası olarak birkaç disülfid durumu arasında döngü yapabilir, örneğin tioredoksin . İkiden fazla sistein içeren proteinlerde, neredeyse her zaman yanlış katlanan doğal olmayan disülfid türleri oluşabilir. Sistein sayısı arttıkça, doğal olmayan türlerin sayısı faktöriyel olarak artar.

Bakterilerde ve arkelerde

Disülfid bağları , bakteri hücreleri oksidasyon reaksiyonlarına maruz kaldığında bir proteini açıp kapatan tersine çevrilebilir bir anahtar olarak bakteriler için önemli bir koruyucu rol oynar . Hidrojen peroksit ( H 2 O 2 ) özellikle DNA'ya ciddi şekilde zarar verebilir ve SS bağının koruyucu etkisi olmasa bile düşük konsantrasyonlarda bakteriyi öldürebilir . Arkeler tipik olarak daha yüksek organizmalardan daha az disülfide sahiptir.

ökaryotlarda

Olarak ökaryotik hücreler, genel olarak, kararlı bir disülfid bağları lümenine oluşturulmaktadır rer (endoplazmik retikulum) ve mitokondriyal arası boşlukta değil de sitozol . Bunun nedeni, yukarıda bahsedilen bölmelerin daha fazla oksitleyici ortamı ve sitozolün daha fazla indirgeyici ortamıdır (bkz. glutatyon ). Bu nedenle disülfid bağları çoğunlukla salgı proteinlerinde, lizozomal proteinlerde ve zar proteinlerinin ekzoplazmik alanlarında bulunur.

Bu kuralın dikkate değer istisnaları vardır. Örneğin, birçok nükleer ve sitozolik protein, nekrotik hücre ölümü sırasında disülfid çapraz bağlı hale gelebilir. Benzer şekilde, oksidasyon sensörleri veya redoks katalizörleri olarak işlev gören birbirine yakın sistein kalıntılarına sahip bir dizi sitozolik protein ; hücrenin indirgeyici potansiyeli başarısız olduğunda, oksitlenir ve hücresel yanıt mekanizmalarını tetikler. Vaccinia virüsü ayrıca birçok disülfid bağına sahip sitozolik proteinler ve peptitler de üretir; bunun nedeni bilinmemekle birlikte, muhtemelen hücre içi proteoliz makinelerine karşı koruyucu etkileri vardır.

Disülfid bağları da içinde ve arasında oluşan protaminler ve de sperm kromatin birçok memeli türleri.

Düzenleyici proteinlerdeki disülfidler

Disülfid bağları geri dönüşümlü olarak indirgenip yeniden oksitlenebildiğinden, bu bağların redoks durumu bir sinyal elemanına dönüşmüştür. Örneğin kloroplastlarda , disülfid bağlarının enzimatik indirgenmesi, gen ekspresyonunun yanı sıra çok sayıda metabolik yolun kontrolüne bağlanmıştır. İndirgeyici sinyalleme aktivitesinin şimdiye kadar, fotosistem I'in ışık reaksiyonlarından elektronları kanalize ederek düzenlenmiş proteinlerdeki disülfidleri ışığa bağımlı bir şekilde katalitik olarak indirgeyen ferredoksin tioredoksin sistemi tarafından taşındığı gösterilmiştir . Bu şekilde kloroplastlar, Calvin-Benson döngüsü , nişasta yıkımı, ATP üretimi ve gen ekspresyonu gibi anahtar süreçlerin aktivitesini ışık yoğunluğuna göre ayarlar . Ek olarak, disülfidlerin, fotojenik suş dahil olmak üzere bazı bakterilerde bulunabilen İki bileşenli sistemlerin (TCS'ler) redoks durumunun düzenlenmesinde önemli bir rol oynadığı bildirilmiştir. Staphylococcus aureus'ta bulunan SrrAB TC'lerinin ATP bağlama alanındaki benzersiz bir intramoleküler sistein disülfid bağları, düzenleyici proteinlerdeki disülfidlerin iyi bir örneğidir; SrrB molekülünün redoks durumu, SrrA aktivitesinin modifikasyonuna yol açan sistein disülfid bağları tarafından kontrol edilir gen regülasyonu dahil.

Saç ve tüylerde

Saçın kuru ağırlığının %90'ından fazlası , amino asit sisteininden yüksek disülfid içeriğine sahip keratin adı verilen proteinlerden oluşur . Kısmen disülfid bağlarının sağladığı sağlamlık, eski Mısır mezarlarından neredeyse bozulmamış saçların geri kazanılmasıyla gösterilmektedir. Tüyler benzer keratinlere sahiptir ve protein sindirim enzimlerine son derece dirençlidir. Saçın ve tüyün sertliği disülfid içeriği ile belirlenir. Saçtaki disülfid bağlarını manipüle etmek, saç şekillendirmede kalıcı dalganın temelidir . S-S bağlarının yapımını ve kırılmasını etkileyen reaktifler anahtardır, örneğin amonyum tiyoglikolat . Tüylerin yüksek disülfid içeriği, kuş yumurtalarının yüksek kükürt içeriğini belirler. Saç ve tüylerin yüksek kükürt içeriği, yakıldıklarında ortaya çıkan hoş olmayan kokuya katkıda bulunur.

inorganik disülfidler

Disülfid anyon olduğu S2−
2, veya - S−S - . Disülfidde kükürt, oksidasyon sayısı -1 ile indirgenmiş halde bulunur. Elektron konfigürasyonu daha sonra bir klor atomununkine benzer . Bu nedenle, bir kovalent bir S bağı oluşturma eğilimindedir - formu merkezi S2−
2İki atomlu Cl gibi mevcut elementer klor benzer grubu, 2 . Oksijen aynı zamanda, benzer şekilde, örneğin davranabilir peroksitler , örneğin H gibi 2 O 2 . Örnekler:

Endüstride

Disülfid ve (polisülfid) bağları , kauçuğun vulkanizasyonundan kaynaklanan çapraz bağlama gruplarıdır . Proteinlerdeki disülfidlerin rolüne benzer şekilde, kauçuktaki S-S bağlantıları çapraz bağlayıcıdır ve malzemenin reolojisini güçlü bir şekilde etkiler .

Bağıntılı bileşikler

CS 2
MoS 2

Tiyosülfoksitler , disülfidlerle ortogonal olarak izomerdir, ikinci kükürt birinciden dallanır ve sürekli bir zincirde yer almaz, yani −S−S− yerine >S=S.

Disülfid bağları benzerdir ancak ilgili peroksit , tiyoselenid ve diselenid bağlarından daha yaygındır . Bu ara bileşikleri, aynı zamanda, (aynı zamanda oxasulfides olarak da bilinir) örneğin thioperoxides için, ana kadar hidrojen thioperoxide formülüne sahip, R ' 1 OSR 2 (eşdeğer R' 2 , SOR 1 ). Bunlar , yukarıdakine benzer şekilde sülfoksitlere izomeriktir ; yani −S−O− yerine >S=O.

Tiuram disülfide , formül (Ar ile, 2 NCSS) 2 , disülfidler ancak bunlar nedeniyle belirgin davranır tiyokarbonil grubu.

Örneğin CH üç kükürt atomuna sahip bileşikler, 3 S-S-SCH 3 olarak adlandırılır trisulfides veya trisülfit bağlar.

yanlış isimlendirmeler

Disülfid ayrıca iki sülfür (S 2− ) merkezi içeren bileşikleri belirtmek için de kullanılır . Bileşik karbon disülfit , CS 2 S = C = S, yani, yapısal formül ile tarif edilmiştir. Bu molekül, bir SS bağından yoksun olması anlamında bir disülfid değildir. Benzer şekilde, molibden disülfit , MoS 2 , ve kükürt atomları bağlı olmadığını tekrar anlamda bir disülfid değildir.

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar