酵素チオール/ジスルフィド交換反応による酸化還元経路の特異性を付与する

チオール - ジスルフィド交換反応は非常に可逆的であり、核酸菌置換メカニズム（S（n）2タイプ）を示します。脂肪族、低分子チオールの場合、これらの反応は遅いですが、酵素プロセスで数百万倍速い速度を達成できます。チオレドキシン（TRX）タンパク質は、チオール - ジスルフィド交換反応を加速するために記載されている最初の酵素であり、それらの高い反応性は、攻撃チオールの高い求核性に関連しています。TRXの基質特異性は、活性部位の溝を介した極性、疎水性、およびトポロジカル相互作用を含むいくつかの要因によって達成されます。グルタレドキシン（GRX）酵素にはTRX foldも含まれていますが、TRXとアミノ酸配列の類似性を共有していません。保存されたグルタチオン結合部位は、GRXの典型的な特徴であり、2つのメカニズム（モノとジチオール）によって基質を減らすことができます。GRX酵素の高い反応性は、良好な退去グループとして役割を果たしている反応性CYSの非常に酸性PK（A）値に関連しています。したがって、異なる酸化還元酵素は同様のチオールとジスルフィドの交換反応を触媒しますが、それらの酵素的メカニズムは異なります。PDIとDSBAは他の2つの酸化還元酵素ですが、それらが発見された酸化環境に関連するジスルフィド還元の代わりに、ジスルフィド結合形成に関与しています。PDI酵素とDSBCには、ティトラドメインアーキテクチャに関連するジスルフィドイソメラーゼ活性があります。チオール - ジスルフィド交換における特異性の説明的な説明として、細菌、酵母、および哺乳類の転写活性化の酸化還元的側面は、進化的な観点で提示されています。したがって、チオール - ジスルフィド交換反応は、シグナル伝達に必要な特徴である経路に特異性を付与する上で重要な役割を果たします。

Thiol-disulfide exchange reactions are highly reversible, displaying nucleophilic substitutions mechanism (S(N)2 type). For aliphatic, low molecular thiols, these reactions are slow, but can attain million times faster rates in enzymatic processes. Thioredoxin (Trx) proteins were the first enzymes described to accelerate thiol-disulfide exchange reactions and their high reactivity is related to the high nucleophilicity of the attacking thiol. Substrate specificity in Trx is achieved by several factors, including polar, hydrophobic, and topological interactions through a groove in the active site. Glutaredoxin (Grx) enzymes also contain the Trx fold, but they do not share amino acid sequence similarity with Trx. A conserved glutathione binding site is a typical feature of Grx that can reduce substrates by two mechanisms (mono and dithiol). The high reactivity of Grx enzymes is related to the very acid pK(a) values of reactive Cys that plays roles as good leaving groups. Therefore, although distinct oxidoreductases catalyze similar thiol–disulfide exchange reactions, their enzymatic mechanisms vary. PDI and DsbA are two other oxidoreductases, but they are involved in disulfide bond formation, instead of disulfide reduction, which is related to the oxidative environment where they are found. PDI enzymes and DsbC are endowed with disulfide isomerase activity, which is related with their tetra-domain architecture. As illustrative description of specificity in thiol-disulfide exchange, redox aspects of transcription activation in bacteria, yeast, and mammals are presented in an evolutionary perspective. Therefore, thiol-disulfide exchange reactions play important roles in conferring specificity to pathways, a required feature for signaling.