二硫鍵

二硫鍵

disulfide bond

反應：2SH=-S-S-+2H

此鍵在蛋白質分子的立體結構形成上起著 一定的重要作用。為了確定蛋白質的一級結構，首先必須將二硫鍵打開，使成為線狀多肽鏈。為此，需要在2-巰-乙醇、二硫蘇糖類、巰基乙酸等的硫化合物與尿素那樣的變性劑同時存在下使之發生作用，使還原成-SH基（為了防止再氧化通常用適當的SH試劑將該基團烷基化）或是在過甲酸的氧化作用下衍生成-SO3H基或是採用在氧化劑共存下用亞硫酸的作用誘導成-S-SO3H基的方法。

在化學中，二硫鍵指結構為R-S-S-R '的官能團。二硫鍵通常由兩個硫醇基團耦合而成。在生物學中，兩個半胱氨酸殘基中硫醇基團間形成的二硫鍵是蛋白質二級結構和三級結構的重要組成部分。此鍵在蛋白質分子的立體結構形成上起著一定的重要作用。

二硫鍵與蛋白質高級結構的生物活性有關同時與蛋白質的復性也有關聯。如核糖核酸酶A經巰基乙醇（還原劑）和尿素（蛋白質變性劑）處理后，發生變性作用，4對二硫鍵斷裂，多肽鏈伸展開來，高級結構發生變化，失去生物活性。如果用透析法將大量還原劑和變性劑除去，在微量還原劑存在下，4對二硫鍵在原來的位置重新形成，伸展開的多肽肽鏈會自發摺疊成天然構象，生物活性得到恢復。此試驗也證明蛋白質高級結構的信息存在於一級結構中。

二硫鍵結合能力較強，典型的二硫鍵鍵離解能為60 kcal/mol (251 kJ/mol)。由於二硫鍵比C-C鍵和C-H鍵弱40%左右，在許多分子中二硫鍵往往是”弱鍵”。此外，S-S鍵反映了二價硫的極化特性，容易被極性試劑（包括親電試劑和親核試劑，特別是親核試劑）切斷。

二硫鍵的長度約為2.05 A，比C-C鍵長約0.5 A。繞S-S軸旋轉的勢壘較低。二硫化物對接近90°的二面角有明顯的偏好。當角度接近0°或180°時，二硫化物是一種更好的氧化劑。兩個R基團相同的二硫化物稱為對稱二硫化物的，例如二苯二硫和二甲基二硫。當兩個R基團不完全相同時，該化合物被稱為不對稱或混合二硫化物。

二硫鍵最重要的一個特性就是它在還原劑作用下的裂解。使二硫鍵裂解的還原劑較多。在生物化學中，常用的還原劑有硫醇如β-硫基乙醇（β-mercaptoethanol，β-ME）或二硫蘇糖醇（DTT）。通常要使用過量硫醇試劑保證二硫鍵的完全裂解。其它還原劑還有三羥甲基氨基甲烷磷化氫液[ tris(2-carboxyethyl)phosphine,TCEP]，與β-ME和DTT不同，TCEP無味，有選擇性的，可以在鹼性和酸性環境下工作（不像DTT），更親水性，耐氧化。此外，在蛋白硫醇修飾前，通常不需要去除TCEP。

硫醇和二硫鍵之間的氧化和還原交換是蛋白質中形成和重新排列二硫鍵的主要反應。蛋白質中二硫鍵的重排通常通過蛋白質內硫醇和二硫鍵交換反應進行；半胱氨酸殘基的一組硫化物會攻擊自身蛋白質的一個二硫鍵。這種二硫鍵重排的過程（稱為二硫鍵洗牌）並不會改變蛋白質中二硫鍵的數量，改變的僅僅是它們的位置。

生物體內通過硫醇和二硫鍵交換形成的二硫鍵的氧化和還原變化受到一種硫氧還蛋白的促進。這種小蛋白在所有已知的生物體中都是必需的，它包含兩個半胱氨酸氨基酸殘基，以鄰近的方式排列（一個挨著一個）。這使得它可以形成一個內部二硫鍵，或者與其他蛋白質形成一個非內部二硫鍵。因此，它可以作為還原型或氧化型二硫鍵的存儲庫。