二硫键定位

di-sulfide-bond-localizatio

对于很多蛋白和肽段,二硫键是其正确发挥生物功能的先决条件。很多商品化蛋白都用二硫键交联以提高它们在工业生产中对极端环境破坏的抵抗力,或在蛋白质治疗中防止蛋白质快速水解。这些产品的生产过程必须考虑氧化重折叠——在线性蛋白质序列上广泛分布的半胱氨酸之间自然形成二硫键配对。

二硫键在某些蛋白质的折叠和稳定中起到重要作用,尤其是分泌到细胞外基质的蛋白。因为细胞内部大多数处于还原性环境,一般而言,二硫键在细胞质中不稳定,除非环境中存在巯基氧化酶。

胱氨酸由两个半胱氨酸通过二硫键连接而成,蛋白中的二硫键由两个半胱氨酸上的硫羟基经氧化折叠形成。另外一种含硫氨基酸,蛋氨酸则无法形成二硫键。蛋白二硫键的原型是由两个二硫键连接的半胱氨酸连接成的二氨基酸肽——胱氨酸组成的。

二硫键通过以下几个途径稳定蛋白质折叠:
1. 它把蛋白质的两个局部结合在一起,使蛋白质接近折叠拓扑结构,也就是说二硫键通过降低蛋白质的熵,使其未折叠态变得不稳定。
2. 二硫键可以形成一个折叠态蛋白质的疏水核心,比如蛋白质上的局部疏水残基会通过疏水作用聚集并互相堆叠在二硫键周围。
3. 与#1和#2相同,二硫键将蛋白链的两个部分连接起来。二硫键提高了蛋白质残基的局部有效浓度,降低了水分子局部的有效浓度。因为水分子会进攻酰胺间的氢键并打破二级结构,在二硫键周围二级结构便被稳定了。例如,研究者已经发现了数对孤立的未形成任何结构的肽段,但是通过在两者间形成二硫键获得了稳定的二级和三级结构。

一般而言,蛋白质的自然形式是单一的二硫桥,尽管有些蛋白可能会将几个二硫桥循环连接,成为自身功能的一部分,例如硫氧还蛋白。在有两个以上半胱氨酸的蛋白质中,可以生成非自然的二硫键,而这些蛋白质差不多都是错误折叠的。