文摘
硫化氢(H2S)已经成为相关信号分子生理学,将其作为善意的座位gasotransmitter类似于一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)。后仅仅视为一种有毒有毒分子,现在意识到哺乳动物细胞具有复杂的酶系统H2生产和分解。H的信号作用2年代主要是有关修改不同的蛋白质的能力目标,特别是通过促进persulfidation蛋白质的半胱氨酸残基与金属中心交互,主要是血红素。H2年代已被证实与多种生理调节各种细胞过程的后果。因此,功能失调的H2年代代谢越来越涉及不同的病态,心血管和神经退行性疾病癌症。作为一个高度扩散性的活性物种,H的内部和细胞外水平2年代必须在严格控制,因此,监管的H2年代的新陈代谢发生在不同的层次。有趣的是,尽管H2年代,不,和公司也有类似的行为模式和并行监管目标或正是因为这样,越来越多的证据表明这三个gasotransmitters之间的串扰。文中综述了生物化学、代谢和信号硫化氢的函数,以及其与其他gasotransmitters相互作用,没有和公司。
1。介绍
1.1。硫化氢的简要历史帐户
硫化氢(H2在流行文化中被称为一个有毒有毒气体和气味的来源,如臭鸡蛋,下水道,沼泽,和火山源。古代炼金术的实践产生了几个准备现在释放硫化氢,例如,H2S -和ammonia-rich气体释放在蒸馏获得酒Hepatis(灵魂的香脂),由石灰岩和骆驼的粪便。在他的工人疾病条约“De发病原因Artificum,“17 - 18世纪意大利医生贝纳迪诺Ramazzini第一次描述了痛苦的眼睛炎症往往导致继发性细菌感染,最终失明工人打扫当事者和污糟地方1]。Ramazzini假设,当工人们激起了排泄物,未知的挥发性化合物被释放,除了有不良的健康影响,也负责变黑铜和银硬币表面上。相同的有毒挥发性物质,起源于巴黎下水道,可能是负责一系列的事件在18世纪晚期,从轻微的眼睛和粘膜炎症严重的窒息。几乎与此同时,在1777年,瑞典化学家卡尔·威廉舍勒描述产生的臭气熏天的物质(空气)硫反应的黄铁矿(二硫化亚铁)与无机酸(2]。
虽然长期以来被认为是一种有毒物质,不仅对工人的危险,而且繁重的一些工业过程(例如,“石油恶化”在石油开采)、硫化氢是20世纪末发现内生形成的人类时,在21世纪初,这被认为是一个非常相关的信号分子生理学和生物学。
1.2。普通化学的硫化氢
硫化氢是一种无色可燃气体。弱酸性,水溶液在平衡中存在的氢硫化物(HS)−)和硫(S2−),根据(H2S / h−),(海关−/秒2−在25°C (), (3)和引用)。在生理pH值,2−在溶液中浓度因此可以忽略不计。根据这一平衡,生理pH值7.4,c.a。70%的硫化氢是商品−形式,其余发生H2美国在碱性线粒体基质(pH值8.0),海关−达到92%,剩下的8%对应于H2美国相反,在酸性条件下的溶酶体(pH值4.7),> 99%的硫化氢是H2形式和略极地,允许它自由扩散,积聚在水或疏水环境如生物膜。,除非另有说明,条款“硫化氢”或“硫化”,简称“H2“从今以后共同指定的H2年代,商品−,年代2−物种。
H2S是相对应的硫物种最低硫氧化态(−2)。硫的电子配置(Ne) 3 s23 p4,是一个高度氧化还原的元素,氧化态从−2 + 6(如硫酸),由于6个价电子。这当然多才多艺占其生物有效性和硫的主要作用可能相关的出现和发展地球上的生命(了4])。H2S是一个减少物种,显示还原电位−280 mV (pH值7.0,对标准氢电极)的两电子商品−/秒0氧化还原电对H (−230 mV2S / S0)[5二硫化谷胱甘肽),接近值/谷胱甘肽(GSSG /谷胱甘肽)和胱氨酸/半胱氨酸氧化还原夫妇。
目前,尽管有重大进展,生理H2浓度仍然是一个有争议的问题,提出水平已经下降的越来越复杂和精度检测方法。目前,免费H2S是据报道submicromolar,尽管它可能存在与不稳定的平衡含硫分子可以解放H2年代的“需求”,也就是说,在特定的生理条件下(6]。添加更多的复杂性为H的角色2年代在人类(patho)生理学,显然已成为一个伟大的一部分信号影响归因于H2年代(见下文)实际结果发生过硫化物和多硫化合物,其他含硫分子,被集体称为“活性硫物种”(RSS)。更多细节过硫化物的形成和多硫化合物,及其生理相关性与硫化氢的交织在一起,下面给出。
2。硫化氢在人类生理代谢
硫化氢需求的反应性和潜在的毒性水平进行严格控制。事实上,即使是暂时的失衡在当地硫化氢浓度可以引发一连串的细胞事件与病理的后果。的生产和分解H2年代是由专门的酶,因此本质上确保严格监管和区分。尽管H2S是自由渗透膜,从而高度扩散性的细胞内,划分的合成或分解可能是相关的,以确保当地影响细胞的细胞器。例如提供了一个线索表明mitochondria-targeted H2捐赠AP39 ([10-oxo-10 - (4 - (3-thioxo-3H1,2-dithiol-5yl)苯氧基)溴化癸)triphenylphosphonium])组成的H2(S-releasing一半ADT-OH (5) - 4-hydroxyphenyl 3H1,2-dithiole-3-thione鼓励了线粒体靶向triphenylphosphonium (TPP)耦合+)的一部分,保护线粒体氧化强调内皮细胞更有效地比ADT-OH本身,不耦合的TPP+因此无法专门针对线粒体(7]。尽管几十年的分子和细胞研究中所涉及的酶系统H2合成和分解,有时看来,这一领域的生物学仍处于起步阶段,新的活性分子和H的新目标2年代和相关的物种被不断地识别和新的制造机械的细节和监管的微妙之处被瓦解。
2.1。人类H2S-Synthesizing酶
硫化氢的生物起源人类生理发生通过两个主要路线:由内生专业酶和作为最终产品或中间肠道微生物群内的微生物代谢途径,尤其是在硫酸盐还原细菌。有趣的是,通过比较无菌和传统老鼠,结果表明,肠道菌群调节H2年代内稳态不仅在肠道,而且在各种组织和器官系统(8]。即微生物群的存在被发现与高水平的自由H2不仅在一些肠道(结肠和盲肠)而且在等离子体。此外,无菌鼠相比,传统的动物显示更高水平的绑定硫烷硫在等离子体中,脂肪,和肺,和更高的CSE活动和降低半胱氨酸水平在大多数器官和组织8]。另一个H的次要来源2年代提出过硫化物和多硫化合物,从内部生成或来源于饮食摄入量(综述,例如,9])。
据报道,三个人类酶从内部产生硫化氢胱硫醚β合酶(CBS)、胱硫醚γ裂合酶(CSE,也称为cystathionase),和3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (MST)(图1)[10]。
(一)
(b)
2.1.1。表达在细胞和组织和细胞定位
所有三个H的发生2S-synthesizing酶在细胞、组织、器官和细胞分布仍不断发展的学科,尤其是考虑到这些不同的(patho)生理条件下可能会有所不同。一般认为哥伦比亚广播公司监管发生在蛋白质水平,酶被多个转译后的修改和的目标有两个监管领域,应对不同的刺激(综述,例如,在11),不像CSE,没有转译后的监管机制是已知的(10]。此外,由于哥伦比亚广播公司和CSE采用相同的各种组合基质在H2S-generating反应(数据1和2),调节酶可能会影响另一个,由于增加或减少衬底可用性(例如,在11])。
的组织和器官分布H2S-synthesizing酶研究不同生物,采用免疫组织化学检测和分析转录水平和H2S-generating活动。CBS在人类和啮齿动物,主要是丰富的肝脏、胰腺、肾脏、大脑和神经系统(9,12- - - - - -14]。最近,CBS在颈动脉体表达,以及在子宫和肠系膜和脐动脉,据报道(15]。至于CSE,它主要表现在肝脏、肾脏、和平滑肌(血管和nonvascular),其表达和H2S-generating活动被忽略在大脑、心脏、脾(9,13,16,17]。MST组织分布系统研究了不同的生物。牛MST的活动报道肾上腺皮质中最高,其次是肝脏、心脏和肾脏(18]。丰富的老鼠MST表达式中已经检测到肾脏近端小管上皮,肝脏(中心周围的肝细胞),主动脉和大脑胶质细胞(19]。最近,获利等人发现丰富的小鼠大脑中MST(神经和神经胶质细胞),肝、肾、睾丸,和内分泌器官(尤其是在胰岛细胞)和低水平细支气管细胞、脾、胸腺,小肠(20.]。最后,免疫印迹分析和酶化验显示活跃的MST的存在,但无法觉察的哥伦比亚广播公司和CSE,在血红细胞(21]。
细胞定位而言,古典的观点是,CBS和CSE都是胞质酶,而MST定位线粒体(例如,9,10,22])。然而,几个例子表明,这种古典观点可能受到挑战。据报道,当血液同型半胱氨酸水平升高,微血管内皮细胞和肝细胞可能分泌CBS和CSE,因此循环的血浆蛋白质组和导致H2一代(23]。细胞合成H2年代被证明有助于增加细胞生存能力和减少DNA氧化损伤后血清饥饿和缺氧/复氧。此外,免疫沉淀反应的循环CBS和CSE血清前补充与同型半胱氨酸对内皮细胞增强serum-induced压力。分泌,这些观察结果表明,CBS和CSE内皮保护作用的由生产H2年代和清除多余的同型半胱氨酸。哥伦比亚广播公司的另一个显著的特点是其能力SUMOylated导致蛋白质积累在细胞核中(24]。也许最大的意义作为H2S-synthesizing酶是CBS和CSE的观察可以把各种(patho)生理条件下线粒体。这是特别相关的考虑,H2年代不仅可以刺激线粒体生物能疗法(i)通过提供电子等价物对苯二酚池通过硫化:醌氧化还原酶(了10,25]),(2)通过激活糖酵解酶3 -磷酸甘油醛脱氢酶(26),(3)persulfidation ATP合酶(27,28),但也阻止线粒体呼吸的抑制细胞色素c氧化酶(CcOX了(29日- - - - - -31日])。CBS已经观察到部分本地化肝线粒体蛋白质瞬变积累在缺氧/缺血,最终增加H2一代保护线粒体免受氧化应激(32]。一旦细胞回到normoxia, CBS水平恢复通过蛋白质线粒体朗蛋白酶降解,识别和目标明确的氧化形式监管血红素在哥伦比亚广播公司(CBS) n端结构域(32]。
在结直肠癌细胞系HCT 116年,哥伦比亚广播公司的一个重要部分定位线粒体,与线粒体外膜。由此导致增加H2年代水平提出了刺激肿瘤细胞能量代谢,尤其是氧化磷酸化和糖酵解(33]。符合这个观察,哥伦比亚广播公司(CBS)已被证明在各种癌症细胞有助于转变命运的葡萄糖利用率从糖酵解、磷酸戊糖途径(34(详细的节4.3.1)。通过也促进肿瘤血管生成,增加H2年代的可用性可能导致增加氧气供应肿瘤细胞。在肌萎缩性脊髓侧索硬化症小鼠模型,哥伦比亚广播公司(CBS)积累在线粒体分离脊髓和由此产生的增加H2一代提出了与受损的细胞色素有关coxidase-dependent呼吸(35]。
CSE线粒体的报道可能促使血管平滑肌细胞(smc)在回应刺激细胞内钙含量增加。这种易位似乎介导的线粒体膜移位酶外膜20 (Tom20)。而smc显示受损ATP生产在缺氧条件下,CSE在线粒体的存在导致了半胱氨酸代谢,H2合成,刺激ATP合成在这种情况下,建议CSE易位可能维持线粒体生物能学响应某些压力(28]。
MST通常被视为一个线粒体酶。然而,Frasdorf等人表明,实际上有两个接头变异的蛋白质,MST-Iso1 MST-Iso2,这两个本地化细胞溶质,而只有MST-Iso2也定位在线粒体HEK293a和海拉细胞36]。
2.1.2。相关的代谢途径
哥伦比亚广播公司和蛋氨酸的CSE参与transsulfuration分支甲基化/ remethylation循环(图1(一)),一个关键路径为哺乳动物生理学产生极其相关的信号分子。在这个周期中,蛋氨酸(遇到)基本上来自转化为膳食摄入量年代-adenosyl -l蛋氨酸(AdoMet)蛋氨酸adenosyltransferase ([37)和引用)。AdoMet的甲基供体是几乎所有哺乳动物生理学的甲基化反应,通过甲基转移酶的作用。同时与甲基化,年代-adenosyl -l同型半胱氨酸(AdoHcy)生成,使用AdoHcy水解酶(SAHH)生产同型半胱氨酸(Hcy)和腺苷。同型半胱氨酸然后进入transsulfuration分支或通过remethylation通路回到蛋氨酸,取决于不同的代谢通量和其他生理条件。AdoHcy,代谢物AdoMet Hcy参与许多生理过程的调节。如下详细,AdoMet CBS的变构调节剂,其酶活性增加2-5-fold绑定。这在增加变构激活的结果 ,对底物的亲和力(没有任何显著的影响)[38,39]。“规范”反应归因于CBS和CSE transsulfuration途径导致同型半胱氨酸转化为半胱氨酸如下(图2):哥伦比亚广播公司(CBS)催化β更换同型半胱氨酸的丝氨酸,收益率胱硫醚,然后CSE收益转换胱硫醚半胱氨酸,α-ketobutyrate和氨α,γ消除反应。哥伦比亚广播公司(CBS)的作用,CSE硫化氢生产结果从一个广泛的选择反应,这些酶能够催化(图2)[39,40),可能与这一事实都是吡哆醛5磷酸- (PLP)相关的酶。这可能被视为催化滥交或versatility-based健壮性(11]。一个显著的彻底在体外哥伦比亚广播公司(CBS)的动力学特性,CSE-catalyzed H2S-generating反应动力学模拟相结合进行了辛格et al .,让想象哪些反应相关在活的有机体内不同(patho)生理条件下(39]。哥伦比亚广播公司和CSE都能合成H2年代通过半胱氨酸β消除或β更换,分别采用一个或两个半胱氨酸分子(图2,反应(3)和(4)),或通过β——或者γ使用半胱氨酸和高半胱氨酸(图替换2、反应(7))。CSE仅能够合成H2年代通过同型半胱氨酸α,γ消除或γ更换,分别采用一个或两个同型半胱氨酸分子(图2(5)和(6)的反应)。哥伦比亚广播公司和CSE也促进胱氨酸α,β消除产生半胱氨酸过硫化物,最终可能会产生H2年代(图2、反应(8))。除了H2合成,其中的一些反应产生硫醚代谢物如lanthionine homolanthionine,这可能被认为是生物标志物的硫化氢生成homocystinuric患者样本(41]。在衬底饱和条件下,重组人类CBS的转化率H2S-generating半胱氨酸和高半胱氨酸β- /γ置换反应(反应(7)图2)是3.7倍高于cystathionine-generating规范反应(39]。动力学模拟显示,这种差异在生理相关底物浓度下降到1.3倍,仍表明CBS-catalyzed H2年代合成的同型半胱氨酸和半胱氨酸占~胱硫醚产量的56%。值得注意的是,反应(7)负责96%的净CBS-catalyzed H2年代生产,而cysteine-alone-based反应(反应(3)和(4)图2)仅占1.6 -2.6%的H2合成。不过,H2S-producing CBS的能力似乎是麻木不仁的系统性同型半胱氨酸水平,可能与同型半胱氨酸的事实只能绑定到CBS在丝氨酸和半胱氨酸。相同的动力学模拟表明,相反CBS, CSE通过胱硫醚催化合成半胱氨酸的典型反应α,γ消除(反应(2)图2)(20 - 30倍)催化效率更高( H)比决定2S-synthesizing反应(反应如图(3 - 6)2)。在生理上相关底物浓度(10μ同型半胱氨酸,100μM半胱氨酸,5μ胱硫醚),规范化反应营业额仍然是5倍或十二倍高于H2分别S-generating半胱氨酸和高半胱氨酸劈理反应。在这些条件下,大约70%的CSE-catalyzed H2年代从同型半胱氨酸生产来源于半胱氨酸和29%。也与哥伦比亚广播公司(CBS)相比,CSE-catalyzed H2一代取决于同型半胱氨酸的可用性。事实上,动力学模拟假设克分子数相等的哥伦比亚广播公司(完全由AdoMet激活),在“正常”的同型半胱氨酸浓度CSE (10μ米)显示,CSE贡献32%的合成H2年代,而CSE贡献增加到45%和74%的中度和重度的半胱氨酸的条件下,分别。这表明CSE可能有一个重要的角色在同型半胱氨酸间隙病理生理学同型半胱氨酸水平升高,特别是在哥伦比亚广播公司(CBS)的组织或器官缺失或不表达。
最近,Majtan等人报道了彻底的动力学分析CBS-catalyzed反应结合模拟(38]。本研究证明了丝氨酸的竞争优势在半胱氨酸作为衬底的凝结与同型半胱氨酸(H2O或H2年代,职责。),2-5-fold高催化效率的典型反应相比,H2S-generating反应。然而,尽管这种明显的优势在饱和基质浓度,H2S-producing反应能够与规范化竞争反应在生理相关条件下(38]。事实上,其中一个重要发现是,CBS-catalyzed H的主要决定因素2年代生产的半胱氨酸是丝氨酸比率,增加一层复杂性时要考虑考虑的在活的有机体内每个小时的作用2S-producing酶。
尽管这些动力学研究的显著价值,H2一代显然还取决于每一个酶的相对表达水平在每个细胞/组织和全身和局部的基质(半胱氨酸、高半胱氨酸、胱氨酸和丝氨酸),监管代谢物(如AdoMet),和其他效应器负调节酶活性(例如,没有和抑制哥伦比亚广播公司(CBS);下面详细)。
的角色3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (MST)也与半胱氨酸代谢紧密相关。3-Mercaptopyruvate(它)是由半胱氨酸或天冬氨酸转氨酶(猫,图3(一个))通过半胱氨酸脱氨基作用,使用α酮戊二酸辅被用物和谷氨酸产生副产物(10]。生成额外的通路,它最近被证明存在主要在小脑和肾脏,涉及D-cysteine和分子酸氧化酶(42]。
(一)
(b)
MST及其它底物之间的相互作用产生一个enzyme-bound半胱氨酸过硫化物在半胱氨酸中间248年(MST在图3 (b)),与丙酮酸释放(43]。H2发布的年代可以转移的活性部位半胱氨酸过硫化物生理小硫醇半胱氨酸、高半胱氨酸、谷胱甘肽或减少分子如硫氧还蛋白(硫氧还蛋白)或dihydrolipoic酸(DHLA)或通过与nonphysiological反应的还原剂2-mercaptoethanol和二硫苏糖醇(43]。MST过硫化物中间过硫化物转移到受体R-SH,形成一个R-S-SH中间,然后与另一个受体RSH分子反应产生二硫(RSSR)和H2美国测试的生理受体基质,硫氧还蛋白显示催化效率最高,数量级高于DHLA,半胱氨酸、高半胱氨酸、谷胱甘肽(43]。这个观察是一致的观察,一些原生动物寄生虫编码MST变异与硫氧还蛋白融合领域。
的广泛影响H2年代在许多哺乳动物生理学已广泛评估在活的有机体内研究,利用基因敲除小鼠模型的三个小时2S-synthesizing酶CBS, CSE, MST ethylmalonic脑病蛋白1 (ETHE1,也称为过硫化物加双氧酶或硫加双氧酶),与H2年代崩溃。利用这些模型,特别是CSE和哥伦比亚广播公司(CBS)的H2年代已被证明参与大量的生理和病理生理过程,因此具有较高的对人类健康和疾病的影响。全面概述的这些模型进行广泛的研究,读者可以参考(9专门针对这个话题),最近的一次审查。
2.1.3。结构和功能属性的H2S-Generating酶
(1)胱硫醚β-Synthase (CBS)。人类胱硫醚β合酶(CBS)被认为是组装的homotetramer 551氨基acid-long (~ 61 kDa)单体组成的三个域(图4(一)):一个n端结构域(残留1 - 70),结合非催化血红素辅因子,一个中央催化PLP-binding域(残留物,71 - 381年),和c端监管域(残留412 - 551,也被称为贝特曼模块,包括两个主题,CBS1和CBS2)负责酶激活AdoMet绑定。人类酶结构研究表明,催化领域有一个高度保守的结构折叠的β组成的家庭PLP-dependent酶,13岁α螺旋和两个β表4和6股组成的(44,45]。几个本质上灵活的区域,最初不可见的在人类CBS截断的结构缺乏c端域成为可见的结构“全身”CBS构造(在糖基,10-residue删除(图4(a))。其中包括股β4,β5,β循环l145前6 - 148,l171 - 174和l191 - 202,提出构成催化部位的入口(与循环l295 - 316)和催化核心之间的堆积和c端域,以及螺旋αl191后7 - 202循环。活动网站的半族必然催化核心通过席夫碱债券ε氨基酸赖氨酸119(图4(b))。长30-residueα螺旋拉伸(残留382 - 411;螺旋α15岁,α16)i催化核心c端AdoMet-binding域。后者实际上包括两个所谓CBS域共享一个共同的结构折叠尽管穷人序列标识(~ 7%超过133个残基)。全身的哥伦比亚广播公司(CBS)的关键发现结构的启示,在AdoMet-free CBS, c端域块衬底条目从一个单体的反对单体在一个二聚体(图4(c))44]。这堵塞是通过稳定的地区由上述本质上灵活β4,β5,β前循环l145 - 148, 6股l171 - 174和l191 - 202。事实上,核心和监管领域之间的相互作用已被证明涉及(i)疏水相互作用与残留物从c端域CBS2主题和(2)H-bonds残留物从c端域CBS1主题(44,46]。值得注意的是,在AdoMet面前,两个c端域组装在一起“圆盘”式的形式,同样持续激活黑腹果蝇AdoMet-free哥伦比亚广播公司(47),底物入口打开,访问增强活性部位(图4(c)),从而增加酶活性(44,46,48]。每个贝特曼模块包含两个假定的AdoMet-binding蛀牙(S1和S2)与不同的结合亲和力49]。其中一个蛀牙(S2)暴露,从而可能代表主AdoMet结合位点,而另一个(S1)似乎阻碍了笨重的疏水残基的催化核心(46,48,49]。AdoMet-induced协会毗邻贝特曼模块之间干扰催化和c端管理域之间的交互和打开催化核心基板。
(2)胱硫醚γ-Lyase (CSE)。胱硫醚γ裂合酶(CSE)是一个homotetrameric酶由405 -氨基-酸-长~ 44 kDa单体,每个组成的两个结构域(图5(一))50]。更大的PLP-binding催化域(包括残留9 - 263)作为一个组装α/β/α折叠seven-stranded组成的β表1(6平行和反平行的)在8α螺旋线。小c端域(残留264 - 401)是由aβ表(4反平行的线)和三个螺旋一侧。类似于美国哥伦比亚广播公司,CSE革新劳工党是固定通过席夫碱的羰基和之间的债券ε氨基酸赖氨酸残留物(赖氨酸212年)(图5(b)),尽管其他的力量也在发挥稳定PLP:π叠加酪氨酸之间的相互作用114年苯基一半,吡啶环,H-bonds磷酸,一半和残留g之间90年,低浓缩铀91年先生,209年,用力推211年从相同的单元和酪氨酸60和参数62年从相邻的单元。结构研究CSE的存在其抑制剂propargylglycine (PPG)试图解释其作用方式(50]。虽然lysine-PLP债券似乎不受影响,分提出了共价结合酪氨酸114年,成为一个乙烯基醚,同时形成H-bonds其氨基和Glu之间339年和羧基之间的一部分和参数119年和参数62年从另一个单体。这种静态的共价结合分乙烯基醚,使其延伸向内部PLP醛亚胺,从而阻止代数余子式反应(50]。
(3)Mercaptopyruvate Sulfurtransferase (MST)。人类mercaptopyruvate sulfurtransferase (MST)是由297个氨基酸残基,组装~ 33 kDa单体组成的两个结构相关域rhodanese-like折叠(见图6(一))43]。氨基(残留1 - 138)和c端(165 - 285)残留域由26-amino酸拴在链接器,强烈相互作用域。这些结构的装配相关领域可以从基因重复出现。MST结构研究在它的底物表明,它与半胱氨酸结合248活性部位,位于两个域之间的间隙(图6(b))43]。反应产生一个persulfidated CysSSH-activated中间。尽管重大substrate-induced活性部位的化学改性,比较的MST结构和主要结构差异没有绑定它显示没有发生(43]。在最近的一份报告中复合检测运动目标MST, MST与打击复杂化合物的结构显示之间的强相互作用persulfidated半胱氨酸248年和抑制剂的pyrimidone-like芳香环(51),没有重大的结构性变化。
2.2。H2年代的分解代谢
2.2.1。H2S:“自律”Janus分子细胞生物能疗法
正如上面提到的,而只有在发挥关键信号作用相对较低,生理浓度,浓度较高的H2年代可能是有毒的,能够通过抑制CcOX损害细胞呼吸(52]。为了防止中毒,H2生物利用度必须精细和不同的监管在不同的组织和器官,根据特定的生理要求。控制H2生物利用度是施加不仅在其生物合成的层面上,而且通过酶处理这样一个潜在的有毒分子。在哺乳动物中,解毒能力H2年代硫代硫酸盐和硫酸被代谢标签在早期研究证明53]。最近,发现H2年代崩溃主要由线粒体酶系统(提供了(10,25下部由]),目前定为“硫化单元”构成的(54下部由]或“硫化通路构成的”。海蚯蚓后首次识别Arenicola滨(55),线粒体系统详细调查。根据当前视图,这个途径包括四个截然不同,但功能上相关的酶,在一起合作催化分解的H2硫代硫酸盐和硫酸,硫化的主要分解产物:硫化:醌氧化还原酶(SQR),一个过硫化物加双氧酶(也称为ETHE1或硫加双氧酶),一个硫代硫酸盐sulfurtransferase (rhodanese)和亚硫酸盐氧化酶(x)(图7)。是指出,H2年代多硫化氧化也可以催化球蛋白(见下文)和其他蛋白质,如过氧化氢酶和超氧化物歧化酶,利用O2或H2O2作为电子受体(56- - - - - -59]。
从几个角度,有趣的是H2年代由线粒体氧化耦合的能源生产,也就是说,ATP合成,首先证明了对无脊椎动物进行调查Solemya reidi(60]。电子来自硫化氧化呼吸链确实是注入的辅酶Q,促进O2反过来,消费和激发内部的线粒体膜。在此基础上,H2年代被认为是第一个无机呼吸底物中发现哺乳动物(61年]。这使得H2年代一个非常特殊的分子从生物能量学的角度62年),对线粒体呼吸有双重影响:刺激时,在低浓度(摩尔)线粒体硫化物氧化途径是完全有效或抑制(微摩尔的)浓度更高CcOX活动受损和辅酶Q积累减少,导致堵塞的H2解毒。说最近[63年),系统因此精细监管通过正反馈循环,这样在低浓度硫氧化防止自己的积累和顺向抑制呼吸,而在更高浓度的硫化物会损害自己的通过抑制CcOX解毒。H2年代可以作为一个有效的衬底的线粒体呼吸链是完全赞同的观察,尽管低价值衡量与孤立CcOX ( 在pH值为7.452]),在孤立的线粒体或完整细胞,抑制呼吸作用只发生如果更高浓度的H2管理(微摩尔的数万微摩尔的;见,例如,(64年,65年])。
H的双重效果2在下部由细胞线粒体的呼吸作用使调查硫化活动构成从方法论的角度有点挑战性。硫化刺激线粒体氧消耗和顺向通电确实是最好的赞赏硫化物浓度较低,无法抑制CcOX。出于这个原因,大多数研究线粒体硫化物氧化和相关生物能量学的影响已经由连续硫化的供应在给定注入率,而不是通过硫化除了作为单个丸(方法了(66年])。使用这种方法,硫化物氧化已在多个系统定量调查,包括孤立的线粒体和permeabilized或完整细胞从人类和其他高等生物54,61年,63年,67年- - - - - -72年]。值得注意的是,显著差异的H2年代人类细胞系之间的氧化能力已报告,从细胞的催化活性是发现不了的(例如,在神经细胞)对他人非常活跃在H2删除,像colonocytes54]。后者细胞确实是生理上暴露于大量的H2肠道菌群产生的年代,因此可能经历了自适应机制来防止H2年代的毒性。在这方面,有趣的是,发现colonocytes确保突出H2S-catabolyzing活动甚至通过活动的复杂我在呼吸链中54]。
2.2.2。下部由线粒体硫化通路构成的组件
中的第一个酶操作线粒体硫化硫化氧化途径是:醌氧化还原酶(SQR,图7)。SQR是二硫氧化还原酶的蛋白家族的一员,已经识别出所有生活领域(73年]。它是一种膜相关蛋白位于周质的细胞质膜的一侧内线粒体膜的原核生物和真核生物。尽管没有真核SQR迄今为止已经获得的结构,晶体结构的原核SQR已报告(74年- - - - - -76年),使建筑结构模型的人类SQR(数字8(一)和8(b))。几个结构和氨基酸序列特性与硫化物氧化和醌还原允许SQR家族的分类为六个子类,与人类SQR归类为II型SQR [77年]。II型sqr的主要特征,特别是与I型sqr相比,本质上是缺乏任何扩展的循环,穷人quinone-interacting残留,保护和守恒的半胱氨酸的替换共价连接的时尚辅因子酪氨酸(酪氨酸170年根据人类SQR编号),这可能与时尚在人类SQR建立共价链接通过一个8 -α- - - - - -O酪氨酰键(77年]。sqr可以是单体的或组装成二聚体或者三~ 50 kDa子单元(78年),每一个窝藏半胱氨酸二硫在其活性部位和共价结合黄素腺嘌呤二核苷酸(时尚)一部分涉及电子转移(77年]。在哺乳动物中,SQR夫妇H2辅酶Q S氧化减少,随之而来的一个硫原子转移到一个受体,提出了亚硫酸盐(所以32−-)产生硫代硫酸盐(S2O32−)[79年- - - - - -81年)或减少谷胱甘肽(GSH)产生谷胱甘肽过硫化物(GSSH) [82年]。虽然蛋白质显示较高的催化效率使用亚硫酸作为辅被用物( )与谷胱甘肽( )[83年),在生理浓度的两个辅被用物,谷胱甘肽被认为是优惠硫受体(82年- - - - - -84年),在方差(79年- - - - - -81年]。与哺乳动物蛋白质、细菌sqr直接释放的可溶性聚硫化物氧化硫磺十硫原子,而不是与硫反应受体(75年,85年]。SQR被调查的反应机理与孤立的蛋白质不仅在洗涤剂溶液(80年,82年,84年后),但也纳入nanodiscs [83年),略高的催化率测量。假设机制涉及(i)二硫化反应的活性位点半胱氨酸与H2与半胱氨酸persulfidation有关379年(人类SQR编号)形成CysSSH和半胱氨酸的释放201年硫醇盐,从而形成电荷转移复合物与时尚,(ii)的硫烷硫转移persulfidated半胱氨酸379年时尚的受体与相应FADH2,(iii) FADH氧化2辅酶q根据动力学数据,硫烷硫转移步骤是病原的反应。
下一步的硫化物氧化途径是由ETHE1催化(图7)。突变基因编码这种蛋白被发现的结果为一个常染色体隐性障碍,称为ethylmalonic脑病,表现为严重的临床情况,并导致死亡在幼儿期(86年,87年]。人类ETHE1最近的晶体结构(图来解决9)[88年]。ETHE1二聚的酶,每个单体组成的αββα折叠结构相关dizinc古典-金属β-lactamases,窝藏单核nonheme铁八面体的协调由两个组氨酸,一天冬氨酸,和三个水分子(88年]。提出酶催化氧化的硫烷硫原子从SQR GSSH释放,产生亚硫酸盐(55]。重要的是要注意,O2分子在反应中使用。
GSSH和亚硫酸盐进一步转化为硫代硫酸盐和谷胱甘肽rhodanese (Rhod,图7)。没有人类酶的结构研究报道,然而结构模型可以获得基于~ 90%相同的牛同系物(数字8(c)和8(d))89年]。这种蛋白质有redox-active半胱氨酸(半胱氨酸248年)的活性部位和高度混杂,它可以有效地与不同的底物反应。然而,在生理上相关底物浓度,最可能的酶催化反应rhodanese被认为是一个硫原子的转移从GSSH亚硫酸盐形成硫代硫酸盐(82年]。亚硫酸盐氧化酶(袜,图7硫化)最后一步催化氧化途径。袜是一个多畴的细胞色素b5与钼辅因子(90年)和一个血红素介导细胞色素的分子内电子转移从亚硫酸盐c。与此同时,一个氧原子由H2O分子和硫酸盐(这样42−)形式反应的最终产品(90年]。
总的来说,下部由线粒体硫化通路构成的夫妇的氧化H2年代,硫代硫酸盐和硫酸注入电子辅酶Q,导致消费0.79 O2每小时2年代分子氧化,据Goubern和同事(61年),0.75兼容的预测价值。事实上,基于的假设架构硫化线粒体氧化途径提出了以上,2 H的氧化2分子(包括2个电子)预计需要1.5 O的消费2分子(0.5由ETHE1 CcOX + 1)。是啊2需要去除硫化物、线粒体硫化物氧化的效果将取决于阿2可用性,显然在缺氧条件下消失。硫化证据减少线粒体氧化低啊2浓度是初步提供的69年),然后在后面的研究证实(63年]。注意,在很低的啊2浓度(0.73±0.04μ米),因为一个固定数量的硫化物,观察细胞呼吸抑制的速度开始下降2浓度(69年),符合低硫化物去除的效果还与更高控制呼吸电子传递链的CcOX低O2浓度。
我们的知识H2年代的分解代谢,特别是它的含义在人类生理学和病理生理学仍然相当难以捉摸。当前视图的线粒体硫化物氧化途径还相当不完善,代表一个有争议的问题。很可能这个途径的生理功能远远超出仅仅删除/ H的解毒2美国这个途径在细胞生物能学的影响在特定的生理或病理条件下需要更好的建立,以及它能够产生生物活性硫代谢物(如硫代硫酸盐)的生理作用最近才开始出现。最后,可以预期,线粒体硫化物氧化途径中扮演着重要角色在硫化中介之间的复杂的相互作用,O2和其他gasotransmitters,但需要更多的研究在这个方向。
3所示。信号由硫化氢
硫化氢的相关性在哺乳动物生理学结果基本上从它作为第二信使的角色能传感信号通过与目标蛋白质。最初的经典视图H2S-mediated信号最初仅仅考虑硫化氢对呼吸的抑制性能CcOX(下面详细)导致一种假死状态。目前,硫化氢是已知的信号转导功能通过至少两个主要发生机制,即通过与蛋白质(i)交互金属中心,尤其是血红素根,(2)蛋白质persulfidation(下面详细)。
3.1。H2年代和血红素蛋白质
除了能够促进硫醇persulfidation, H2可以与血红素蛋白质反应。综述了在比安科et al。91年),反应的机理和命运的H2年代与血红素蛋白在很大程度上取决于几个因素,如氧化还原和结扎的血红素铁、血红素中的环境口袋,绑定硫化的质子化作用状态,存在/缺乏O2或减少代理解决方案。Heme-Fe (III)可以结合H2年代等或商品−(图10)。稳定性的一种或另一种血红素加合物与硫化氢反应生成的(heme-Fe (III) - h2年代或heme-Fe (III) - h−)取决于血红素蛋白质残留的环境,特别是,要么基本残留物的存在能够接受质子从绑定H2年代,收益率heme-Fe (III) - h−物种,或者非极性残留稳定配体的完全质子化了的状态。由于其减少的特性,结合硫化可以减少血红素铁,产生一个heme-Fe (II) - h·激进的加合物,可以进一步与商品过剩反应−/ h·或O2/小时2O领先,分别聚硫化物或硫代硫酸盐的形成。这些反应相比,H2年代也可以促进血红素的共价修饰,产生所谓的sulfheme导数卟啉的硫原子纳入一个吡咯环(图10)。sulfheme形成的机制还不清楚。Sulfheme可以通过反应形成H2年代与含氧亚铁(heme-Fe (II) - o2(92年])或ferryl血红素(heme-FeIV = O (93年,94年])。然而,在前者反应需要H2O2因此,有可能的是,更高的化合价的血红素铁中间体的形成(95年,96年]。了(5,91年,95年- - - - - -97年),上面的反应已经被几组在众多hemeproteins工作,包括,其中:球蛋白从哺乳动物,无脊椎动物,和细菌;heme-based传感器双原子分子,如蛋白质O2,不,和公司;细胞色素c氧化酶;过氧化氢酶;和氧化物酶(乳过氧化物酶、髓过氧物酶和甲状腺过氧化物酶)。
(一)
(b)
由于血红素蛋白通常可以反应不仅与H2年代,还没有,公司和O2,他们可以扮演一个关键的角色在调解这些气体配体之间的串扰,也就是说,控制对方的生物功能。这一概念的范式是CcOX。酶,高活性O2,确实是一个公认的目标这三个gasotransmitters(不,公司,和H2。这些物种可以抑制CcOX,虽然明显不同的动力学机制(29日]。虽然公司只能绑定到完全降低血红素一个3铜B酶的活性部位,导致竞争性抑制(98年],CcOX抑制不能够通过两种反应途径(了99年- - - - - -104年):一个O2竞争的途径,有利于在较低2紧张和电子通量高,导致亚硝酰CcOX没有绑定到亚铁血红素的加合物一个3啊,一个2竞争力,普遍较低的电子通量和更高的啊2紧张,与亚硝酸盐抑制酶的加合物形式绑定在血红素铁一个3(29日,105年- - - - - -107年]。CcOX抑制的机制2年代还没有彻底调查作为没有和有限公司不同于这两个物种,H2年代不绑定亚铁血红素一个3。基于假设机制,当酶与O营业额2暴露在H2年代,氧化或减少铜B在CcOX是主要的目标站点。后来,硫化物被认为是分子内转移到附近的血红素铁一个3,导致酶抑制(30.]。H2S-inhibited CcOX因此展品硫化物分子血红素铁一个3(108年,109年),可能第二个绑定到亚铜铜B,揭示了电子顺磁共振(EPR)谱(110年]。不管确切的分子机制,CcOX抑制H2被证明是相对较快(2.2×10的初始速率常数4米−1·年代−1来衡量,在pH值7.4酶与O营业额2和细胞色素c(30.]),有效( 在pH值7.4),独立于O2浓度,和可逆的52]。类似于其他血红素蛋白质,CcOX抑制H2年代被发现极大地依赖于博士酸性条件显著提高硫化的抑制作用,并持续,随着pH值的变化从8.05到6.28,减少从2.6μ米至0.07μ米(111年]。的增强疗效硫化抑制在低pH值表明,硫化物结合CcOX要么是H2(例如,在完全质子化了的状态)或商品−与随之而来的质子化作用的蛋白质残渣。这符合酶的活性部位是位于非极性环境,因此促进电中性的的绑定或proton-neutralized阴离子物种(112年]。
H2年代也可以作为减少衬底CcOX [30.,111年,113年),当酶处于所谓的脉冲状态(30.),但反应产品尚未为特征。通过与H反应2以相对较低的浓度,血红素一个3在酶的活性部位是迅速减少,通过进一步反应2与光学特性,导致ferryl物种区别的”P“催化中间30.]。后来,“F“ferryl中间较长时间尺度上自发的形式,但目前还不清楚如果反应结果从autoreduction或电子捐赠残余硫醚(30.]。CcOX因此原则上能够催化氧化分解的H2年代,但是反应可能是生理相关太慢,特别是与高H2S-metabolizing SQR的活动。
另一组蛋白质的反应性与H2年代已经详细调查球蛋白家族。这些研究主要集中,但不仅限于,人类血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)。硫化的反应与Hb早就知道导致不可逆的共价血红素的蛋白质转换成sulfheme(了96年]);如上所述,修改由公司的硫原子到血红素吡咯b产生的蛋白衍生物,名叫“sulfhemoglobin,”展品特点绿色和更低的O2亲和力与本机的蛋白质。因此sulfhemoglobin积累相关的毒性,导致罕见的被称为“sulfhemoglobinemia病理条件。“类似的反应性也已经证明Mb,导致形成“sulfmyoglobin”(图10)。硫化而sulfhemoglobinemia可能代表一种毒性、高铁血红蛋白症,也就是铁血红蛋白的积累(metHb)在血液里,已经建议防止硫化物中毒小鼠(114年]。在这些在活的有机体内研究中,2 - 4摩尔的H2年代推断是灭活每摩尔metHb [114年]。这个superstoichiometric值表明metHb不仅能够结合H2但也促进其催化分解。一致,在有氧条件下metHb最近演示了将H2年代,氧化为硫代硫酸盐和多硫化合物的混合物(21]。反应,尽管继续以较低的利率(3分钟−1在0.5 mg·毫升−1metHb, pH值7.4和25°C (21]),可能是生理相关性,Hb-rich红细胞缺乏线粒体,因此无法处理H2通过下部由线粒体硫化通路构成的年代。metHb硫化是一个相对低亲和力的配体:在pH值7.4和37°C,它结合3.2×103米−1·年代−1和氧化亚铁血红素的分离0.053年代−1,产生一个17μ米(其价值可能高估了,鉴于H2年代物种只代表一小部分硫化的pH值7.4)。H的速率常数2年代绑定metHb被发现与降低pH值增加,并在此基础上,H2而不是商品−物种,更丰富的pH值7.4,最初结合血红素。在绑定到血红素铁,H2年代提出deprotonate海关−。假设铁(III) - h−物种最近发现的x射线晶体分析sulfide-reacted metHb(图10)[115年]。
可能多硫化合物和硫代硫酸盐的形成机制,提出了metHb (21]。有趣的是,新成立的多硫化合物仍是绑定到蛋白质在血红素铁减少由蛋氨酸亚砜还原酶(MSR)。相反,它与生理反应相关,低分子量(流明瓦)硫醇化合物,如减少谷胱甘肽(GSH)或半胱氨酸(CysSH),产生相应的过硫化物,GSSH CysSSH,最终释放到解决方案。根据细胞内谷胱甘肽的浓度高,乙肝可以作为源的GSSH反过来可以作为过硫化物捐赠者的蛋白质persulfidation(下面详细)。因此,基于其错综复杂的化学硫化,根据情况,乙肝可以通过形成硫化调解毒性sulfhemoglobin或保护通过促进硫化处理,尤其在红细胞缺乏线粒体相关函数。此外,乙肝可以被视为一种生理相关硫化物氧化产品,也就是说,硫代硫酸盐和谷胱甘肽过硫化物(GSSH),对人体生理的影响正在显现。不同的场景发生在动脉粥样硬化病变,特别是当他们被红细胞渗透。事实上,在这些病变,氧化形式的Hb与血红素铁和ferryl国家积累和调解毒性通过促进激进反应导致交联Hb物种的形成和脂质修改。在这种情况下,H2最近据报道,发挥保护作用,充当还原剂ferryl Hb (116年]。
另一种血红素蛋白质的反应性与硫化深度调查是人类白细胞髓过氧化酶(MPO)。根据最近的研究(117年,118年),在与硫化反应,酶不会导致sulfheme导数的形成,在方差与其他血红素蛋白质。感兴趣的,据报道,MPO催化氧化硫化物硫烷硫物种的存在和缺乏H2O2(117年,118年]。反应涉及中央第三中间化合物,一种共振之间的黑色/分子氧(Fe (2) - o2)和铁/过氧化物(铁(III) - o2·−)复杂,它是由抗坏血酸盐或促进SOD和可能的生理相关性形成硫烷硫物种证明氧化蛋白质的半胱氨酸残基每多硫化/相应的衍生品(117年]。
3.2。Persulfidation和过硫化物化学(生物)
如上所述,许多信号函数的H2年代已被证明是紧密联系在一起过硫化物的形成通过特定的半胱氨酸的修改从目标蛋白质侧链,通常涉及自由活性流明瓦过硫化物(RSSH),特别是半胱氨酸过硫化物(CysSSH)及谷胱甘肽过硫化物(GSSH)。多硫化合物也视为潜在相关的从生理的角度,回顾了其他地方(119年]。然而,因为它们大多数无机污染物H2年代捐助者从事研究,因此可能归因于H负责的一些影响2年代,他们的化学(生物)仍然远未被完全理解,不会详细。的相关性persulfidation被事实证明缺乏persulfidated蛋白与不同的疾病有关,包括心血管和神经退行性疾病(帕金森病)120年,121年]。除了它的信号功能,persulfidation也可能构成一种机制来防止硫醇氧化或亲电子修改和不可逆转的损害122年]。流明瓦的能力过硫化物容易捐赠一个电子而形成一个稳定的perthiyl激进(RSS·),不起化学反应的氧或没有,建议了一个可能的作用在氧化还原过程123年]。最近,半胱氨酸过硫化物的氧化perthiosulfenic酸(CysSSOH)中观察到的不同的蛋白质由于NADPH氧化酶激活导致这一修改的建议作为一个附加redox-based信号事件(124年]。化学和生化特性、生物合成和自然发生,过硫化物的分析检测方法,和细胞寿命和多硫化合物都覆盖着优秀的文章和评论(例如,3,6,120年,121年,125年- - - - - -129年])。在其他领域,专注于活性分子,似乎有争议的物种和反应从chemical-to-physiological更为合理和相关观点。目前,然而有一个共识,H2不能直接与蛋白质的半胱氨酸硫醇反应。为了发生,蛋白质persulfidation特殊要求都在“本地”(目标半胱氨酸)周围的环境和一个“全球”(氧化还原状态,游离谷胱甘肽/半胱氨酸/ H2可用性)的水平。目前,尽管几个可能性persulfidated蛋白质的形成通过转译后的修改可以设想,只有四个似乎更合理(图(11日))。之前两种可能性涉及氧化蛋白质的目标半胱氨酸硫醇sulfenic基(CysSOH),例如,通过与过氧化氢反应,或二硫化(CysSSR)通过与一个氧化含硫流明瓦分子反应,例如,氧化谷胱甘肽(GSSG)。这两种氧化半胱氨酸残基可以直接针对H2年代,导致persulfidated蛋白质。降低半胱氨酸残基(如蛋白质硫醇)可以修改过硫化物的衍生品通过与自由流明瓦反应过硫化物(RSSH),如GSSH或(homo)半胱氨酸过硫化物(来自H2年代生物合成或分解代谢的途径125年,126年]),或通过与HS·反应,反应后生成的H2年代用金属中心,尤其是氧化亚铁血红素蛋白质。半胱氨酸的蛋白质与HS·硫醇反应应该产生瞬态CysSSH·−在与氧气反应,收益率的蛋白结合的CysSSH和超氧化物阴离子,HSSH·类似报道−(3,130年]。除了转译后的persulfidation,最近提出,在哺乳动物的主要来源persulfidated (polysulfidated)的蛋白质在活的有机体内实际上是cysteinyl-tRNA合成酶(卡斯,特别是线粒体CARS2),通过cotranslational将半胱氨酸过硫化物或聚硫半胱氨酸地点到新生多肽(131年)(图11 (b))。从细胞信号的角度来看,利用蛋白质persulfidation H2年代和/或过硫化物是造成物种可以恢复到硫醇一部分以不同的方式,例如直接反应减少谷胱甘肽(GSH)或通过硫氧还蛋白系统126年),从而提供一个可靠的切换修改。
(一)
(b)
至于流明瓦过硫化物,关键分子蛋白质persulfidation,他们越来越多地进入聚光灯下由于其内在反应(例如,125年])。直到最近,这些过硫化物的两个主要来源,特别是半胱氨酸过硫化物(CysSSH)及谷胱甘肽过硫化物(GSSH),被认为是所涉及的酶H2年代的新陈代谢。CysSSH很容易产生的H2S-synthesizing CBS和CSE,利用胱氨酸(CysSSCys)作为底物(125年]。值得注意的是,在这个反应过程中,不再polythiolated产品加硫原子,如CysSSSH由哥伦比亚广播公司和CSE(合成)和CysSSSSH CSE(合成),已被检测到。酶一代这些物种进一步导致数额可观的多硫化氧化物种像CysSSSCys, CysSSSSCys, CysSSSSSCys。新成立的CysSSH和较长的半胱氨酸过硫化物可以与减少谷胱甘肽反应收率GSSH和GS (S)nH .然而应该指出,在生理上相关底物浓度,H2年代而不是CysSSH有望transsulfuration途径酶的主要产品(132年),也考虑到在细胞质中,半胱氨酸和减少谷胱甘肽更丰富的比他们的氧化产品胱氨酸和GSSG [132年]。最近,MST也是公认的来源CysSSH GSSH,以及更长的多硫化合物,生成其他RSS相关的能力,如氢过硫化物(H2年代2)和氢三硫化物(H2年代3)[133年,134年]。MST-derived过硫化物和多硫化合物与细胞水平较高的蛋白结合的硫烷硫(134年,135年]。的MST-catalyzed CysSS(n)H和GSS(n)H与重组生产证明MST(野生型和定点变体),MST-expressing因为细胞溶解产物,老鼠的大脑(细胞悬浊液和整个大脑)133年),这表明大脑的流明瓦过硫化物和蛋白质persulfidation本质上是通过MST生成,而不是哥伦比亚广播公司(CBS)或CSE (133年]。在CysSSH(和CysSS重要的推动作用(n)H)合成最近提出了哺乳动物的卡斯,尤其是CARS2[线粒体对碘氧基苯甲醚131年]。相同的报告表明,线粒体是细胞的关键隔间,CysSSH形成之前释放到胞质施加其影响。也提出,而卡斯可能CysSSH的主要来源在生理条件下,CBS和CSE可能仍然作为主要参与者CysSSH在病理生理条件下合成与氧化有关,亲电应力与此同时增加胱氨酸浓度(125年,131年,132年]。
除了流明瓦过硫化物来自H2S-synthesizing酶CBS, CSE, MST [125年,132年,133年),GSSH下部由线粒体的代谢中间物硫化通路构成的(126年)(图7)。的确,谷胱甘肽的优惠硫受体被认为是H2年代SQR催化氧化反应,产生GSSH [82年]。反过来,这种过硫化物优惠衬底(亚硫酸盐作为辅被用物)rhodanese生成硫代硫酸盐作为最终氧化硫化物氧化的产物,与硫酸(82年]。
不管如何流明瓦过硫化物生成,反应提示他们主要signal-transducing物种与H2年代(patho)生理学。简而言之,过硫化物比硫醇同行更强的亲核试剂(然而,显示也弱亲电子字符)。尽管这种假设,直到最近这显然是证明了Cuevasanta et al。136年],人血清白蛋白过硫化物导数显示20倍增加反应性对其硫醇。过硫化物较低pK一个值比类似的硫醇,因此现有主要阴离子亲核的RSS−形式(3,6]。相反,他们的弱亲电性表现出完全质子化了的RSSH形式。有趣的是,外巯基和硫酰硫原子内部都有亲电特性,反应发生在一个根据位阻等因素或酸度的离去基团3]。流明瓦的模棱两可的亲核/亲电性质过硫化物,同时他们的生理相关性的基础上,占了他们的不稳定。这些物种的确很快衰变或与其他物种的反应,尤其是氧化剂,阻碍他们的表征在体外和在活的有机体内。尽管如此,分子细节和功能的后果persulfidation在特定的半胱氨酸残基已经证明了多个目标和显示调节生理过程(综述,例如,127年),如糖酵解(26),ER应激(137年,细胞凋亡138年)、血管舒张和血管舒张(139年(详细的表1)。关于后者,H2第三gasotransmitter年代,没有和公司后,被视为一个endothelium-derived放松因素(EDRF)和作为一个endothelium-derived超极化因子(EDHF),从而调节血管舒张(下面详细)。尽管相对文献中出现的一些例子,蛋白质persulfidation可能普遍,然而技术挑战性由于过硫化物的内在反应被发现。使用一个适应性的生物素开关试验修改检测persulfidated而不是nitrosated蛋白质,穆斯塔法等人报道,25 - 50%的肝蛋白质persulfidated [26]。蛋白质persulfidation的程度在活的有机体内进一步证明了越来越复杂和定量方法(125年,140年- - - - - -143年]。预计的数量确定新目标的蛋白质persulfidation将不断增加,配对这转译后的修改与其他高度相关的细胞开关。
4所示。Gasotransmitters之间的相互作用
4.1。Gasotransmitters的简要历史帐户
术语“gasotransmitters”(144年)已经进入了生物化学和生理学术语指定三种小分子气体在自然本质上展示了角色在信号转导:一氧化氮(没有;虽然正式正确缩写应该没有·,这里没有将用于简单),一氧化碳(CO)、硫化氢(H2。可以说,分子氧(O2),虽然不是合成内生在哺乳动物细胞时,可以被视为一个gasotransmitter由于气体性质、反应性和生理意义。此外,阿2是哺乳动物的酶的底物合成没有公司,所以阿2水平决定后者的生物利用度。Gasotransmitter-mediated信号是一个复杂的和综合的过程,不仅涉及到不,有限公司H2年代,阿2也反应物种的集体池(活性氧(ROS),活性氮物种(RNS)和活性硫物种(RSS)产生的交叉反应,建立一个所谓的活性物种interactome (RSI) (145年]。无关地gasotransmitter分子的身份或派生的物种,它的信号作用方式可以缩小本质上是两种可能性:与金属中心或修改半胱氨酸残基的蛋白质,同时生成的激活或失活的目标蛋白质。三个gasotransmitters不,公司,和H2共享一个共同的历史,他们最初仅仅被视为有毒和有毒分子,直到发现几乎所有的生命形式,从细菌到人类,被赋予专门的合成和解毒酶和生产或清除不,有限公司,和H2完成特定的功能。事实上,在1980年代末和1990年代初,主要的进步有关的角色没有调节心血管功能导致没有被认为是分子在1992年和1998年被授予诺贝尔生理学或医学奖罗伯特·Furchgott Ferid的Murad和路易Ignarro Jr”他们的发现有关一氧化氮作为信号分子在心血管系统”(146年]。的一个关键发现是endothelium-derived放松的识别因子(EDRF)没有(147年,148年]。这个观察,发现有益的而不是有害的影响被认为是有毒的分子,引发了生物学的一个分支,它致力于气体第二信使信号。归因于不,事实上,除了其他监管角色类似的研究结果证明了有限公司也是显示在血管舒张作用[149年]。相同的功能被分配到H2年代(17),这也使它被贴上一个EDRF [127年]。gasotransmitters多种功能的人体生理学很感兴趣的“爆炸”为证,没有发现以来,作为信号分子在1980年代中期,公司在1990年代中期,和H2在2000年代。这也说明了开展Pubmed搜索查询“gasotransmitters”,“一氧化氮,”“一氧化碳,”和“硫化氢”(图12)。总共三个gasotransmitters调节,经常通过类似的分子过程,血管舒张,能量代谢,氧化还原体内平衡,细胞凋亡,细胞周期,繁殖,神经功能,等等,和代谢失调和/或水平不,公司或H2年代与一些病理条件下,从心血管和神经退行性疾病,糖尿病和癌症。
gasotransmitter历史上一个令人惊讶的元素是发现哺乳动物,许多其他生物,编码专门合成这些以往被视为有害气体分子的酶。没有酶是由合成酶,其中描述了三个亚型和历史分类根据其位置或规定,但目前认为是无处不在的和既定表示:诱导没有合酶(间接宾语),内皮没有合酶(以挪士),神经没有合酶(nNOS)(综述,例如,在150年])。无论同种型及其定位或法规,没有合成酶催化精氨酸和O的转换2没有和瓜氨酸,使用电子等价物来自NADPH。除了合成在需求没有合成酶,没有从内部生成(i)在缺氧条件下通过几个亚硝酸盐还原血红素蛋白质(包括血红蛋白了151年]),(2)在消化道细菌氮代谢的中间(尤其是在口腔和肠道),和(3)化学从胃的酸性环境下亚硝酸盐(综述,例如,在152年])。至于有限公司,它是由同种型血红素加氧酶,HO-1 HO-2,催化血红素的转换,与O2辅被用物、成胆绿素,公司雇佣NADPH-derived电子等价物(综述,例如,在153年])。H2合成是由哥伦比亚广播公司(CBS)催化,CSE和MST(如上所述)。
如前所述,它变得越来越明显,gasotransmitter不应该被看作是一个孤立的实体与一个独立的细胞功能和寿命。相反,gasotransmitters相互作用不仅通过直接交叉反应,生成其他活性物种也通过合作或对他们的目标相反的分子和细胞的后果。此外,每个gasotransmitter在很多方面能够调节的合成,代表一个额外的复杂程度的监管。这种调节作用的一个例子是下面描述,有关的规定CBS-catalyzed H2年代生产没有和有限公司
4.2。H之间的相互作用的化学基础2年代,没有
H的生物效应2年代,没有是紧密联系的。这两种气体分子之间的相互作用通过许多机制发生作用在不同级别(了154年])。许多研究旨在获得洞察H之间的相互作用的化学基础2也没有。一个广泛的分析进行了硫化反应的几个没有代谢物,包括亚硝酸盐(155年),过氧亚硝基156年,157年[],还有亚硝基硫醇分解得到158年- - - - - -163年,没有排气装置,如硝普酸(163年- - - - - -167年]。尽管有这些努力,这张照片目前远未完全清楚。如前所述(5,168年- - - - - -171年),的确出现了一些显著的差异,主要是关于物种中产生这些反应的性质及其适用性作为信号分子在生理条件下。
第一个S / N混合物种建议(例如,形成的反应还有亚硝基硫醇分解得到年代-nitrosoglutathione (GSNO))与硫化thionitrous酸/ thionitrite (HSNO /国家统计局−)[161年]。与先前的研究由怀特曼et al。172年,173年),Filipovic et al。161年]报道的形成HSNO H的反应2年代GSNO或亚硝酸盐酸化,以及通过与海关调查的反应没有·所产生的脉冲辐解。除了HSNO, GSNO与硫化物的反应被发现产生一个黄色的产品认为是多硫化合物的混合物。感兴趣的关于其潜在的生理影响,提出了HSNO服务不仅是一种没有和硝酰离子(没有−),而且nitrosonium离子(没有的捐赠者+)硫醇,从而促进transnitrosation反应甚至跨生物膜(161年]。在这些基地,HSNO被认为是一个关键物种之间的相互作用2年代不,坐在H之间的十字路口2年代,没有信号通路。
这一观点在后来的研究挑战Cortese-Krott et al。145年,155年,159年,160年,169年,174年),期间未能发现HSNO积累GSNO的反应与H2年代和声称HSNO过于短暂的积累和识别在生理条件下,同意Munro和威廉姆斯(175年)和威廉姆斯(176年]。与其他生理相关nitrosthiols相比,HSNO确实建议更不稳定,因为它经历了一个灵巧的异构化氢转移,导致形成的四个不同的同分异构体。反应生成的黄色产品GSNO与H2年代最初描述的(161年)是由Cortese-Krott et al。159年]nitropersulfide (SSNO−),发现一种化合物和化学特征在80年代(177年]。同一研究小组报道后(160年),在生理状态下,硫化反应之间,没有生成不仅SSNO−还多硫化合物和SULFI /不[(NO)3−),一个额外的加合物的两个分子组成的生物活性化合物和亚硫酸盐。在此基础上,进一步调查(174年),Cortese-Krott SSNO等人报道−是稳定的硫醇和氰化物能够释放不分解,针对Keap1 / Nrf2氧化还原系统,以及其他可能的。总的来说,这导致SSNO的提议−,而不是HSNO之间的相互作用中扮演着重要角色没有和H2年代在生理条件下(159年]。符合这个提议,SSNO−据报道是非常稳定的厌氧条件下,慢慢腐烂(半衰期约40分钟),水缓冲在有氧条件下,并直接与缺氧metHb反应速率常数为11米−1·年代−1,亚硝酰亚铁Hb (HbNO)可能通过没有释放178年]。相比之下,由纯水晶SSNO特征−准备作为一个双(三苯基膦)iminium (PNP型+根据()盐179年),Filipovic SSNO等人报道−是一种高度不稳定,导致快速分解形成HNO /不−光在水的存在,或与H酸和生产HSNO反应2年代,氰化物,谷胱甘肽(180年,181年]。
从上面的观察报告,很明显,额外的调查需要调和的差异出现在文学和获得进一步了解之间的相互作用的化学基础和H2年代。
4.3。调制H2新陈代谢不是和有限公司
除了化学反应在gasotransmitter-mediated信号定义新球员,有一个错综复杂的每个gasotransmitter cross-regulatory机制,调节体内平衡的人。虽然部分cross-regulation可能发生在转录和翻译水平,在此我们将主要讨论结果的分子机制直接gasotransmitters及其目标蛋白质之间的相互作用,没有和公司专注于调制的H2生物合成和分解。
4.3.1。调制H2S-Generating酶没有、CO和派生的物种
最彻底的研究H2S-generating酶无疑是哥伦比亚广播公司的监管机制。在什么方面其调制的其他gasotransmitters没有和公司,哥伦比亚广播公司监管是集中在其非催化血红素n端结构域。gasotransmitters结果之间的相互作用本质上是因为H2年代生产由CBS由不可逆抑制,有限公司的这种抑制机制将直接影响当地的增加没有或有限导致降低H2已经证明了S合成,不同的细胞模型和组织(182年- - - - - -185年]。然而,最近的证据显示,哥伦比亚广播公司(CBS)抑制实际上可能会导致整体增加H2生产,由于代谢transsulfuration通路中的开关(图1(一))[11,186年]。从这个角度看,抑制CBS背离transsulfuration分支从半胱氨酸H2通过CSE年代生产,具有较高的H2S-synthesizing活动,特别是使用CBS所带来的累积也同型半胱氨酸抑制[11,186年]。此外,哥伦比亚广播公司(CBS)的病理生理意义抑制gasotransmitters可能超越“仅仅”影响H2体内平衡。哥伦比亚广播公司作为代谢铰链确定remethylation之间的比例和transsulfuration蛋氨酸周期的步骤(图1(一))。公司CBS在各种肿瘤细胞的抑制作用已表现出的甲基化状态6-phosphofructo-2-kinase / fructose-2 6-biphosphatase 3 (PFKFB3),抑制6-phosphofructo-2-kinase,导致葡萄糖转变从糖酵解、磷酸戊糖途径(34,187年]。
监管heme-binding域可能是CBS进化的一个标志,因为它是在哥伦比亚广播公司从原核生物或单细胞真核生物。的low-spin hexacoordinateb型血红素轴向绑定到他的65年咪唑和半胱氨酸52硫醇盐根(人类CBS编号;图4(b))。除了自己的监管职责,CBS血红素提出了一个结构稳定作用,有助于提高CBS折叠(188年]。在最初提交的审查,一个相当有趣的观察报告,将再次搅拌CBS血红素领域的监管。Kumar等人发现,第1 - 40氨基残基,到目前为止缺席所有哥伦比亚广播公司(CBS)晶体结构,构成一个具有天然无序区域,能够结合血红素与半胱氨酸及其轴向配体,在cysteine-proline-based主题(189年]。这个观察,值得进一步探索,构成了一个额外的复杂程度有关的所有文献CBS血红素调节(见下文)。
血红素的监管作用本质上是与它的氧化还原状态和其内源性和外源性配体的性质。的初始指定CBS血红素氧化还原传感器源于其敏感性降低的条件。事实上,血红素减少多余的连二亚硫酸钠在37°C缓慢(> 20分钟)使酶失去活性,已分配给一个配体开关过程中内源性配体的血红素铁是被另一个为未知配体(图所取代13)[190年]。由此产生的物种一直被称为“C424”由于其特有的紫外可见吸收光谱,俗的乐队获得了哥伦比亚广播公司(CBS)的减少在449 nm转向为中心的需水较少的乐队在424海里。无关地绑定的内源性配体,一旦减少,血红素能够绑定gasotransmitters公司不,导致可逆酶抑制(图13)[191年- - - - - -195年]。尽管低还原电位(−350 mV, (196年])哥伦比亚广播公司(CBS)血红素的测量提出了一些疑问的发生减少CBS血红素在活的有机体内,人类的蛋氨酸合成酶的酶还原酶(MSR)已被证明能够促进CBS的减少在体外NADPH的氧化。此外,MSR能够生成ferrous-CO和ferrous-NO物种人类的哥伦比亚广播公司(191年,197年]。尽管大量的血红素之间的距离和PLP代数余子式(11 ~从边缘到边缘和20 ~从铁离子环吡哆醇),它们之间的通信保障网络的分子相互作用发生在螺旋8(黄色箭头在图所示4(b))198年,199年]。同时,螺旋8月底残留物用力推257年和刺260年建立与革新劳工党磷酸基氢键,在血红素这个螺旋Arg的肢体266年在静电与血红素配体半胱氨酸接触52硫醇盐一半。这些残留在变构的相关性之间的交流活动(PLP)和管理(血红素)网站进一步证明在临床相关的变量(199年,200年]。
相互作用的动力学特征的三个gasotransmitters集中在CBS已经成为可能,通过利用不同的紫外可见吸收光谱特征显示的血红素辅因子在不同的氧化和结扎。大多数研究在哥伦比亚广播公司(CBS)氧化还原状态和配体反应因此采用静态和时间分辨(stopped-flow)吸收光谱(192年- - - - - -195年,199年- - - - - -204年]。
减少了CBS的反应与公司已经彻底的特点在体外示导致hexacoordinate物种的内生Cys52配体已经取代了公司,没有证据表明稳定的中间体。事实上,半胱氨酸的缓慢分解反应是有限的52(0.003 - -0.017−1(192年,195年,197年,204年]),证实了激光闪光光解和时间分辨拉曼光谱(192年]。平衡滴定透露,公司结合亚铁CBS根据两个离解常数( 和Kd2= 45 - ; ),已分配给anticooperativity之间成对单体(192年)或血红素微环境的差异194年]。公司绑定的抑制作用的亚铁血红素在人类CBS的特点是5.6 - -9.5的值μ米(194年,204年]。
最近,我们组织报道,临床相关的变体,在n端结构域突变,p。P49l,displays a markedly higher affinity for CO with respect to WT, while showing an essentially WT-like behavior in other functional and structural terms [203年]。虽然这种突变可能引起增加的灵活性循环包含两个血红素内源性配体,整体高倾向成为被公司可能代表一个新的致病机制古典高胱氨酸尿。当前开发替代疗法对古典高胱氨酸尿基本上集中在化学和药理学陪伴恢复错误折叠蛋白变异来自错义突变(205年- - - - - -211年),最近发展的聚乙二醇CBS酶替代疗法(212年- - - - - -214年]。
没有约束力的减少CBS非常快和显示更高的亲和力比公司绑定。然而,最初的报道在CBS和亚铁之间的反应没有表示。没有被报道非常低亲和力( ),采用高过剩的亚硫酸氢钠保持CBS整个没有滴定和使用缓慢减少排气装置(二乙胺NONOate)作为无源(193年]。在这些条件下,自由不,未反应的或与ferrous-NO CBS加合物分离,亚硫酸氢与过度反应,导致过高的离解常数,后来证明即使微量的多余的连二亚硫酸盐(195年]。最近,我们的组织已经表明,没有绑定到CBS亚铁发生具有亲和力兼容的生理作用没有在控制CBS功能(195年]。一个明显的0.23μ米决定在那项研究中使用的连二亚硫酸盐浓度最低,这意味着实际的亲和力比测量更高。时下, 决心和仍然被认为是一个上限离解常数,是用NADPH和减少人类MSR测量系统,因此涉及多个平衡(NADPH↔MSR、MSR↔CBS和CBS↔NO) (191年]。公司相比,没有约束力的减少了CBS不仅发生显著更高的亲和力也数量级更快,stopped-flow吸收光谱的研究。不同于公司,没有绑定导致pentacoordinate ferrous-NO加合物,内源性配体流离失所和单个分子没有被绑定。未发现反应中间体在混合没有减少CBS,至少在stopped-flow设备的时间分辨率。此外,也不同于公司,没有约束力的收益和速率常数线性相关的浓度(最高可达800μ米),无限的内源性配体的解离,产生~ 8×10的双分子的速率常数3米−1·年代−1(在25°C)。符合更高的亲和力和更快的绑定任何关于公司,没有从CBS亚铁离解低于公司分离。在机械方面,因为没有绑定不是由半胱氨酸的位移的态势52(而不是限制公司绑定),它已被提出,最初可能取代他65年血红素配体(图13)。反过来,没有证据hexacoordinate中间表明半胱氨酸52立即转移到没有约束力。最后,尽管它已经建立,最后没有加合物pentacoordinate物种,它还有待证明没有结束他65年或半胱氨酸52一边的血红素,因为残留应该从血红素铁分离。应该注意的是,如果没有最终Cys52一侧,绑定机制必须包括瞬态bis-NO中间(图的形成13)。无关地机械的细节,减少的动能和光谱调查CBS和CO和没有绑定参数兼容一个决定在活的有机体内这种监管机制的作用。
减少了CBS的反应与O2也调查了stopped-flow吸收光谱和证明是相当快,发生双分子的速率常数的~ 1×105米−1·年代−1(25°C) (202年),也就是说,大约10倍的速度比反应没有。虽然这个反应恢复CBS回到其活性铁状态,它还生成超氧化物阴离子反应产物,这可能有破坏性影响。这种氧化过程确实报道涉及部分血红素的损失。超氧化物阴离子迅速反应,没有(利率接近扩散限制)来产生强大的氧化剂过氧硝酸盐。有趣的是,它已经表明,CBS血红素不仅是由过氧亚硝基灭活,也可能是它的来源。氧化CBS与过氧亚硝基的反应已被证明导致酶失活IC50150年μ米,根据发生双分子的速率常数为2.4 5×104米−1·年代−1,导致硝化反应的208年,Trp43和酪氨酸223年,以及破坏血红素(215年]。有趣的是,最近的一份报告表明,ferrous-NO CBS和O之间的反应2,之前回复的血红素铁状态,生成过氧亚硝基[201年)(图13)。此外,CBS和减少亚硝酸盐的反应可能本身构成一个源的(191年,201年),进一步增加了复杂heme-mediated监管H2由CBS(图合成13)。
4.3.2。AdoMet对公司的影响和抑制H /不绑定2年代生产由哥伦比亚广播公司
CBS继续吃惊的是该领域的研究人员自调节蛋白质的活动不仅是复杂的,但也有时表现的很奇怪。长期以来建立了AdoMet是哥伦比亚广播公司的一个催化剂,其酶活性增加2 - 5倍。此外,AdoMet绑定也有一个稳定的效果,特别是在“正常”(非病理性)条件下(216年]。最近,这种监管机制的结构细节已被阐明。虽然c端监管领域从一个单体块衬底入口网站在相邻的单体的催化核心,AdoMet绑定到c端域(也称为贝特曼模块)会导致域转移并导致两个c端领域的协会在盘状形式,分块衬底的入口,因此“激活”(或derepressing)酶(44,46]。这种监管机制的相关性很好证明的事实,一些homocystinuric患者表达CBS变异的突变c端领域,自然激活(比WT)更活跃和有限或没有AdoMet反应疾病的分子基础217年,218年]。工作时的动力特性没有人类CBS和绑定,我们注意到AdoMet引发的有趣的效果更快和更严格的约束力有限公司和不,从而使酶更容易抑制通过gasotransmitter [204年]。这个观察是直接关系到外源性配体的结合,因为AdoMet一直显示没有影响血红素氧化还原性质(196年]。在相同的反应条件下,AdoMet使得公司抑制>比没有强10倍( 与 )[204年]。这种功能效应的动态细节进行了调查,这是表明AdoMet增加~ 5倍和协会有限公司关联动力学~ 10倍,而影响没有绑定是较为温和的(~ 2倍亲和力对AdoMet-free CBS)。后者也观察执行前面的机械的提议,公司也没有“攻击”血红素的不同侧面。最近,这个观察已经扩展到临床相关的变体,p。P49l,which displays the same AdoMet response in terms of becoming more sensitive to CO, while being slightly impaired in the AdoMet activation of H2年代生产,而WT (203年]。无关地机械的细节,AdoMet-induced增强公司和没有绑定出现作为一个复杂的调控机制,增加了哥伦比亚广播公司监管的复杂性。
4.3.3。硫化物氧化的调制
而公司的影响,也没有在H2年代生物合成已经详细调查,少得可怜的信息效应这两个气体分子H2分解代谢。因为公司不,类似于氰化物,既能强有力地抑制CcOX通过不同的机制(见上图),相对较低的浓度硫化这些gasotransmitters预计将影响线粒体氧化。后细胞暴露在有限或没有,瞬态抑制CcOX确实是预期发生并导致线粒体呼吸链电子积累,最终损害对苯二酚氧化。因此,SQR-mediated氧化硫化预计将只要CcOX抑制持续受损。因此,除了没有释放者的妈妈NONOate (≥20μ米)或氰化物(260μcolonocytes M)是最近报道抑制细胞呼吸及其刺激20μM硫氢化钠(219年]。此外,值得注意的是,长期腹腔或静脉管理硝化甘油的老鼠显示诱导减少rhodanese活动和减少肝脏中提取的硫烷硫水平(220年]。观察到抑制rhodanese提出了起来年代亚硝化作用催化半胱氨酸的蛋白质活性部位。半胱氨酸的孤立rhodanese从牛肝确实证明是容易年代亚硝化的捐助者年代亚硝基的- - - - - -N-acetylpenicillamine(吸附)和GSNO,导致酶抑制(220年]。
上面的初步信息报道揭示一个额外的级别可以建立gasotransmitters之间的相互作用。一个完整的描述这些分子机制有待进一步调查。
4.3.4。调制的硫化氢和有限公司合成
gasotransmitters之间的串扰,硫化氢被证明没有控制的作用和在特定(patho)生理条件下生物利用度。
正如上面提到的,公司是由同种型血红素加氧酶,HO-1和HO-2153年]。几行硫化氢的证据都指向一个角色增加血红素加氧酶的表达,尤其是HO-1,因此公司水平(主要是评估羧酸盐丰富的血红蛋白),从而发挥保护或有害的影响(例如,221年- - - - - -227年])。底层的监管机制提出了涉及Keap1 / Nrf2系统。特别是,persulfidation Keap1的半胱氨酸151年,通过反应H2年代与氧化半胱氨酸151年或降低半胱氨酸151年与H2S-derived h·(图(11日)),使蛋白质从Nrf2离解,反过来,把核,最终导致增加HO-1转录和蛋白质水平(图14)[225年]。另一种可能性,公司生产可能调制驻留在一个巯基/二硫氧化还原开关由三个Cys-Pro签名HO-2调节血红素结合(228年,229年]。巯基/二硫开关的灵敏度的细胞氧化还原状态和可能的细胞内硫化水平可能承受另一个级别的H2S-mediated控制公司的水平。有趣的是,有益健康的影响某些garlic-derived organosulfur化合物,尤其是二硫化己二烯和三硫化物,提出了有关的调制通过H有限公司生产2通过Keap1 / Nrf2途径[年代230年- - - - - -232年]。
没有生物合成的控制硫化氢已经详细调查,似乎发生在转录、翻译、和转译后的水平,涉及其他信号通路,除了所有的直接抑制NOS H亚型2美国大量的数据在文献中强调了这样一个事实,即H的效果2年代每个NOS的表达和活性同种型可以vary-sometimes产生冲突的结果与模型的器官,组织,细胞类型调查和与性质、浓度、硫化和效力的捐献者。此外,而在一些研究中“只”的水平没有(或亚硝酸盐/硝酸盐)测量的函数硫化曝光,其他的研究进一步研究硫化物暴露的NO-mediated细胞和生理效应。
监管以挪士的H2年代已经彻底调查。在不同的细胞类型,在不同条件下和刺激,以挪士激活在硫化反应接触似乎由PIP3 / Akt(磷脂酰肌醇3、4、5-trisphosphate /丝氨酸/ threonine-specific蛋白激酶)通路(图14)。的分子机制提出了涉及减少H2年代的血管内皮生长因子受体2 (VEGFR2)半胱氨酸1024年半胱氨酸1045年二硫氧化状态压制其受体的活动。这个H2S-induced二硫化还原从而延长VEGFR2活动,因此phosphatidylinositol-4 5-bisphosphate 3-kinase (PI3K)活动,收益率增加PIP3水平(也可能受到persulfidation半胱氨酸124年磷酸酶和tensin同族体(PTEN))。由此导致增加Akt激活导致增强以挪士在Ser磷酸化1177年和/或爵士1179年,从而增加NO-synthesizing活动。另一个层面的sulfide-mediated以挪士监管问题直接persulfidation半胱氨酸443年(图14)。而二聚作用似乎是一个先决条件最优以挪士活动,年代亚硝化作用的半胱氨酸443年诱发二聚体分离到几乎不活跃的单体的形式。Sulfide-mediated persulfidation残留的积极竞争年代亚硝化,从而维护活动homodimeric形式以挪士。直接在体外抑制H的重组以挪士2年代的特点是非常高(nonphysiological)集成电路50170年μ米(233年]。关于以挪士sulfide-mediated调制的表情,各种报道显示,或upregulation以挪士信使rna和蛋白质水平对H2年代曝光。这些在某种程度上相互矛盾的结果对于不同的模型系统(动物、器官和细胞)排除建立清晰的趋势,归纳与镇压,硫化调制以挪士的表达式。
除了其直接在体外抑制在nonphysiological H2浓度( )[233年],sulfide-mediated调制伊诺的报道发生主要通过调控其表达。同样以挪士,最初的矛盾的结果显示增加或减少iNOS-mediated硫化反应接触(没有生产234年]。这个争议解决的比较调查的影响不同2年代捐助者(235年),表明H2年代版本的捐助者是下游影响的关键因素。后续调查各种模型通常分配一个硫化在伊诺mRNA表达的抑制作用,因此iNOS-mediated没有生产,从而建立H2作为抗炎分子(综述,例如,在154年])。
目前,由H nNOS调制信息2S是稀缺的。除了其抑制高nonphysiological硫化物浓度( )[233年,236年),nNOS表达似乎对硫化物暴露或减少过度的H2S-synthesizing CBS在高血压(但不是血压正常的)大鼠(237年]。
完全的多个分子机制,每个三gasotransmitters可能控制其他突出的生物利用度控制哺乳动物复杂的信号传导机制(patho)的生理和药理目标提供有价值的可能性途径。
5。结束语
硫化氢发展被仅仅视为一个有毒,有毒分子哺乳动物生理学的重要信号分子,加入一氧化氮和一氧化碳gasotransmitters的三位一体。过去几十年见证了一个累积的数据显示,(i) H2年代是内生合成和异化时专业酶和保存在一个严格控制通过多个复杂的监管机制,(2)信号函数归因于H2年代主要是与目标蛋白质的相互作用和修改,通过反应与金属中心(主要是血红素蛋白质)和半胱氨酸persulfidation改变蛋白质的结构和功能,(3)失调的H2年代体内平衡是一些病态的基础,包括心血管和神经退行性疾病和癌症,和功能之间的串扰(iv)可能的机制三个gasotransmitters已经公布了。H之间的明显的联系2代谢和体内平衡与人类健康引发了强烈的兴趣的发现和开发药物(人造和自然派生)化合物,释放H2年代或调节H2代谢酶。尽管硫化氢生物化学的知识积累多年来,所有的贡献这一金额可以,特别是关于领域处于起步阶段,仍然只是一个快速移动的图片身体。的确,在这个手稿的写作,几条信息甚至挑战以前的观测出现在文献中,进一步导致这个快速发展领域的复杂性。
缩写
| 它: | 3-Mercaptopyruvate |
| AdoHcy: | 年代-Adenosyl-L-homocysteine |
| AdoMet: | 年代-Adenosyl-L-methionine |
| ADT-OH: | (5)- 4-Hydroxyphenyl 3H1,2-dithiole-3-thione |
| 一种蛋白激酶: | 丝氨酸/ threonine-specific蛋白激酶 |
| AOAA: | Aminooxyacetic酸 |
| AP39: | [10-Oxo-10 - (4 - (3-thioxo-3H1,2-dithiol-5yl)苯氧基)溴化癸)triphenylphosphonium] |
| ATP: | 三磷酸腺苷 |
| 卡斯: | Cysteinyl-tRNA合成酶 |
| 猫: | 半胱氨酸或天冬氨酸转氨酶 |
| 哥伦比亚广播公司: | 胱硫醚β合酶 |
| CcOX: | 线粒体细胞色素c复杂氧化酶(IV) |
| 有限公司: | 一氧化碳 |
| CSE: | 胱硫醚γ裂合酶 |
| CysSOH: | 半胱氨酸残基与次磺酸改性硫醇 |
| CysSSH: | 半胱氨酸过硫化物 |
| CysSS(n)H: | 半胱氨酸多硫化合物 |
| CysSSOH: | 半胱氨酸perthiosulfenic |
| CysSSR: | 半胱氨酸残基二硫改性硫醇 |
| DHLA: | Dihydrolipoic酸 |
| EDHF: | Endothelium-derived超极化因子 |
| EDRF: | Endothelium-derived放松的因素 |
| eIF2α: | 真核翻译起始因子2α |
| 以挪士: | 内皮细胞一氧化氮合酶 |
| EPR: | 电子顺磁共振光谱 |
| ETHE1: | 过硫化物加双氧酶,或ethylmalonic脑病蛋白1 |
| 时尚: | 黄素腺嘌呤二核苷酸 |
| GAPDH: | 甘油醛3磷酸脱氢酶 |
| GSNO: | 年代-Nitrosoglutathione |
| GSSH: | 谷胱甘肽过硫化物 |
| GSS(n)H: | 谷胱甘肽聚硫 |
| Hb: | 血红蛋白 |
| H2史: | 硫化氢 |
| H2年代2: | 氢过硫化物 |
| H2年代3: | 氢三硫化物 |
| HO-1: | 血红素加氧酶1 |
| HO-2: | 血红素加氧酶- 2 |
| 海关−: | 氢硫化物 |
| HSNO /国家统计局−: | Thionitrous酸/ thionitrite |
| 伊诺: | 诱导一氧化氮合酶 |
| Keap1: | Kelch-like ECH-associated蛋白1 |
| Kir6.1: | 内心整流钾通道亚基Kir6.1 |
| 流明瓦: | 低分子量 |
| metHb: | 血红素铁 |
| m: | 肌红蛋白 |
| MSR: | 蛋氨酸合成酶还原酶 |
| MST: | 3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase |
| NADPH: | 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(减少形式) |
| NF -κB: | 核转录因子κB |
| nNOS: | 神经元一氧化氮合酶 |
| 没有: | 一氧化氮(没有?) |
| 没有−: | 硝酰离子 |
| 没有+: | Nitrosonium离子 |
| Nrf2: | 核转录因子2红细胞两个相关因素 |
| 好处: | 蛋白激酶RNA-like ER激酶 |
| PI3K: | Phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate 3-kinase |
| PIP3: | 磷脂酰肌醇3、4、5-trisphosphate |
| PLP: | 吡哆醛5磷酸 |
| PNP型+: | 双(三苯基膦)iminium |
| 分: | Propargylglycine |
| PtdIns P (4、5)2: | Phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate |
| PTEN: | 磷酸酶和tensin同族体 |
| 应用PTP1B: | 蛋白酪氨酸磷酸酶1 b |
| Rhod: | Rhodanese |
| RNS: | 活性氮物种 |
| ROS: | 活性氧 |
| RSS: | 活性硫物种 |
| RSS·: | Perthiyl激进 |
| 年代2−: | 硫化 |
| SAHH: | 年代-Adenosyl-L-homocysteine水解酶 |
| smc: | 血管平滑肌细胞 |
| 袜: | 亚硫酸盐氧化酶 |
| SQR: | 硫化:醌氧化还原酶 |
| SSNO−: | Nitropersulfide |
| Tom20: | 20移位酶的外膜 |
| 泛太平洋伙伴关系+: | Triphenylphosphonium |
| 硫氧还蛋白: | 硫氧还蛋白 |
| VEGFR2: | 血管内皮生长因子受体2。 |
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
iNOVA4Health研究单位(葡京- 01 - 0145 -菲德尔- 007344),这是得到Fundacao对位Ciencia e Tecnologia / Ministerio da Ciencia Tecnologia e教学优越,通过国家基金,和菲德尔PT2020合作协议下,被若昂b .韦森特承认。赠款PNR-CNR老化项目2012 - 2014和20158 Ministero戴尔'Istruzione eb2cm 003年,戴尔'Universita德拉Ricerca意大利被亚历桑德罗·Giuffre承认。作者感谢当前和过去的同事,卡塔琳娜州多美批判性阅读手稿。