Цистеин — это стандартная аминокислота, необходимая людям для нормального функционирования. Она особенна тем, что содержит в своём составе функциональную тиольную (—SH) группу.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
—SH-Группа особенна тем, что является хорошим нуклеофилом, поэтому может вступать в реакции нуклеофильного присоединения или замещения. Остатки цистеина в белках имеют константу диссоциации pKa, близкую к нейтральной, поэтому часто они находятся в форме тиолат-иона: именно в такой форме цистеин наиболее реакционно активен.
Существует ряд ферментов, принцип действия которых основан на нуклеофильной атаке цистеина. К ним относится, например, убиквитинлигаза, которая ковалентно присоединяет убиквитин (прим.: Убиквитин — это небольшой регуляторный белок, выполняющий ряд важных функций в клетках эукариот.) к белку-мишени изопептидной связью. Также нуклеофилами благодаря цистеину являются белки-каспазы (cysteine-dependent aspartate specific protease), которые играют важную роль в процессах апоптоза, некроптоза и проч.
Структурно цистеин очень похож на серин, однако, в отличие от серина, цистеин склонен участвовать в окислительно- восстановительных реакциях: так, окисление цистеина приводит к возникновению связи между двумя атомами серы из двух разных остатков этой аминокислоты.
Такие ковалентные связи между двумя атомами серы часто назыают «дисульфидными мостиками». Они играют важную роль при фолдинге белков и поддержинии их устойчивости. Например, в белках, которые выделяются во внеклеточную среду, число SS-мостиков избыточно, чтобы увеличить стабильность молекулы в суровых условиях, а также усилить протеолитическую сопротивляемость. В белках же, которые используются внутри клетки, дисульфидные мостики играют роль в поддержании третичной структуры белка. Так, в инсулине две отдельные полипептидные цепи «сшиты» парой дисульфидных связей.
Цистеин может проявлять себя в различных ДНК-белковых взаимодействиях, входя в состав различных белковых структур, таких как,
например, цинковые пальцы. Цинковый палец - небольшой белковый мотив, стабилизированный одним или двумя ионами цинка, связанными
координационными связями с аминокислотными остатками белка. Как правило, цинковый палец включает около 20 аминокислот, а сам ион
цинка связывает 2 гистидина и 2 цистеина. Цинковые пальцы являются белковыми модулями, взаимодействующими с ДНК, РНК, другими
белками или небольшими молекулами. Основными группами белков с цинковыми пальцами являются ДНК-связывающие факторы транскрипции, а
также искусственные ферменты рестрикции, получаемые слиянием ДНК-связывающего домена цинкового пальца с ДНК-разрезающим доменом.
Домен цинкового пальца может быть спроектирован так, чтобы узнавать желаемую последовательность ДНК и связываться с ней.
Важную роль цистеин играет в молекуле рецептора витамина D. Молекула РВД состоит из трех функциональных доменов. Первый из них,
С1, - гидрофильный домен, эволюционно наиболее консервативен и имеет большое сходство с ядерными рецепторами. Он расположенный на
N-конце РВД, содержит 70 аминокислот и богат цистеином, лизином и аргинином. В функционально активной молекуле РВД первые 8
цистеинов связаны с двумя атомами цинка и образуют структуру цинковых пальцев, которая, взаимодействуя с ДНК, может регулировать
работу многих генов мишеней. Мутации, приводящие к замене любого из этих цистеинов, блокируют связывание РВД со специфической
последовательностью ДНК, прерывая, таким образом, РВД-зависимую активацию генов-мишеней. Известно, что такие мутации чаще всего
несовместимы с жизнью или могут приводить к редкому моногенному заболеванию - витамин-D-резистентному рахиту.