بيرسلفيد

في الكيمياء ، يُشير مصطلح هيدروبيرسلفيد إلى المجموعة الوظيفية RSSH. ^{[ 1 ] [ 2 ]} الشكل الأنيوني للهيدروبيرسلفيد هو بيرسلفيد ، وهو مشابه لتسمية الهيدروبروكسيدات . ^{[ 3 ]} تُعد البيرسلفيدات وسائط في التخليق الحيوي لبروتينات الحديد والكبريت ^{[ 4 ]} ، وتُعتبر سلائف لكبريتيد الهيدروجين ، وهو جزيء إشارة بيولوجي. يُعتقد أن الهيدروبيرسلفيدات تُساهم في العديد من وظائف الإشارة المضادة للأكسدة التي كانت تُنسب سابقًا إلى كبريتيد الهيدروجين فقط، وذلك من خلال تعديل بقايا السيستين (Cys) في البروتين في عملية تُعرف باسم البيرسلفيدة . ^{[ 2 ] [ 5 ]} تُعد الهيدروبيرسلفيدات من الأنواع الكبريتية التفاعلية النموذجية .

غالبًا ما يكون نظام تسمية مركبات الكبريت العضوية غير منهجي. وقد اعتمدت المراجع الحالية (باللغة الإنجليزية) استخدام مصطلحي "هيدروبرسلفيد" و"بيرسلفيد". ^{[ 2 ] [ 3 ]} ويمكن أيضًا وصف الهيدروبرسلفيدات بأنها مشتقات S- سلفانيل من الثيولات المقابلة لها (مثل S- سلفانيل سيستين للهيدروبرسلفيد السيستيني). في المراجع القديمة، تُسمى البيرسلفيدات "هيدروديسلفيدات" أو "هيدريدوديسلفيدات" لتجنب الخلط بينها وبين ثنائي الكبريتيدات التي تحمل المجموعة RSSR، وذلك للتأكيد على وجود ذرة هيدروجين في أحد طرفي رابطة ثنائي الكبريتيد . كما أشارت المراجع القديمة إلى الهيدروبرسلفيدات باسم "بيرثيولات". ^{[ 6 ]} وبالمثل، كان يُشار إلى تكوين هيدروبيرسلفيدات البروتين من ثيولات البروتين في سياق الإشارات الخلوية سابقًا باسم " الكبرتة S "، ^{[ 6 ]} وهو مصطلح تم التخلي عنه الآن لصالح " الكبرتة S " أو "الكبرتة" في الأدبيات الحالية. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

تعتبر مركبات الهيدروجين الكبريتية، كما هو الحال مع أنواع الكبريت المتسلسلة بشكل عام، ^{[ 7 ]} غير مستقرة ديناميكيًا حراريًا فيما يتعلق بفقدان الكبريت العنصري:

RSSH → RSH + 1/8 S ₈

رابطة SH أكثر حمضية وأكثر هشاشة من نظيرتها في الثيولات. تكون هيدروبيرسلفيدات أكثر حمضية بمعدل يتراوح بين 1 و3 وحدات pKa _من الثيولات المقابلة لها، حيث تتراوح قيم pKa للثيولات ذات الأهمية البيولوجية بين 4.6 و6.3. ^{[ 8 ] [ 9 ]} _{لذا، توجد البيرسلفيدات بشكل أساسي في صورتها المتأينة عند درجة حموضة متعادلة. مع ذلك، فإن تفاعلية هيدروبيرسلفيدات الذاتية تجعل من الصعب تحديد قيم} pKa الخاصة بها بدقة .

طاقة تفكك الرابطة في هيدروبيرسلفيد نموذجي أضعف بمقدار 22 كيلو كالوري/مول من طاقة تفكك الرابطة في الثيول النموذجي، كما أن قيمة pKa للبيرسلفيدات أقل، _حيث تبلغ حوالي 6.2 مقارنةً بـ 7.5 للثيولات. يُعزى هذا التأثير إلى استقرار جذر RSS·. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تم تحديد بنية هيدروبيرسلفيد التريتيل باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية . يبلغ طول الرابطة SS 204 بيكومتر، وزاوية ثنائي السطوح CSSH 82 درجة. هذه المعايير طبيعية. ^{[ 11 ]} _{يتصرف المركب} ( _C6H5 ) 3CSSH كمصدر للكبريت، ويتضح ذلك من خلال تفاعله مع ثلاثي فينيل فوسفين لإنتاج كبريتيد ثلاثي فينيل فوسفين _وثلاثي فينيل ميثانثيول .

( _{C6H5 ) 3CSSH} + P ( _{C6H5 ) 3} → ( C6H5 _{) 3CSH} + SP ₍ C6H5 _{) 3}​​_​

تعتمد الانتقائية الموضعية للهجوم النيوكليوفيلي على ذرتي الكبريت في جزيء الهيدروبرسلفيد على البدائل الموجودة على ذرة الكبريت. ^{[ 12 ]} في تفاعل نيوكليوفيل ثيول مع الهيدروبرسلفيد، يؤدي الهجوم على ذرة الكبريت الطرفية إلى انتقال صافٍ لمجموعة سلفهيدريل من الهيدروبرسلفيد إلى الثيول المهاجم، وهو تفاعل يُعرف باسم تبادل الكبريتيد . أما الهجوم على ذرة الكبريت الداخلية فيؤدي إلى إطلاق أنيون هيدروسلفيد (في حالة توازن عند درجة حموضة متعادلة مع كبريتيد الهيدروجين) وتكوين ثنائي كبريتيد جديد.

R ¹ SSH + R ² SH${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SH + R ² SSH عملية نقل الكبريت

R ¹ SSH + R ² SH${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SSR ² + H ₂ S تكوين ثنائي الكبريتيد

كلا العمليتين فعالتان في المحلول. مع ذلك، تُفضَّل عملية تبادل الكبريتيد حركيًا بشكل طفيف نظرًا لانخفاض الحاجز الفراغي. تعمل المجموعات الساحبة للإلكترونات على جزيء هيدروكسيد الكبريتيد على تثبيت الشحنة السالبة المتكونة على ذرة الكبريت الداخلية في حالة الانتقال لعملية تبادل الكبريتيد، مما يزيد من ميل التفاعل نحو هذه العملية. يكون مسار تكوين ثنائي الكبريتيد هو الأكثر تنافسية عندما يكون جزيء هيدروكسيد الكبريتيد غير مُعاق فراغيًا.

يُعتقد أن عملية نقل الكبريت من هيدروبيرسلفيدات منخفضة الوزن الجزيئي إلى بقايا السيستين في البروتينات هي الآلية السائدة التي يتم من خلالها إضافة الكبريت إلى البروتينات. ^{[ 3 ]} وقد حفز عدم استقرار هيدروبيرسلفيدات في المحلول تصميم جزيئات مانحة للهيدروبرسلفيد لأغراض البحث البيوكيميائي، والتي تعمل عادةً عبر تفاعل نقل الكبريت. ^{[ 13 ]}

بسبب حموضتها المتزايدة، توجد مركبات الهيدروبرسلفيد على شكل أنيونات بيرسلفيد عند درجة الحموضة الفسيولوجية أكثر من وجود الثيولات المقابلة على شكل ثيولات. ولا يزال دور تأثير ألفا على هذه النيوكليوفيلية للبيرسلفيدات محل نقاش. ^{[ 13 ] [ 14 ]} ويعزز بروتنة مركبات الهيدروبرسلفيد من محبة الإلكترونات لرابطة الكبريتيد-الكبريت.

في ظل ظروف متعادلة إلى حمضية بشكل طفيف، حيث توجد حالات بروتنة كل من الهيدروبرسلفيد المحب للإلكترونات وأنيون البيرسلفيد المحب للنواة، فإن الهيدروبرسلفيدات تتفكك بشكل عكسي لتعطي توازنًا معقدًا من كبريتيد الهيدروجين، والبيرسلفيدات، والتريسلفيدات ، والتتراسلفيدات، والبوليسلفيدات ذات الرتبة الأعلى ، والكبريت العنصري: ^{[ 15 ] [ 16 ]}

R ¹ S ^– + R ² SSSH${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SSH + R ² SS ^–${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SSSR ² + HS ^–

R ¹ SSSR ² + R ³ SS ^–${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ³ SSSSR ² + R ¹ S ^– → → R ^x S(S) _n SR ^y

تجدر الإشارة إلى أن المعادلات المذكورة أعلاه لا تشمل جميع تفاعلات تبادل الكبريت المحتملة ونواتج إعادة التركيب التي قد تتشكل. تمثل ثلاثيات الكبريتيد الحد الأدنى الديناميكي الحراري الموضعي لبيرسلفيدات الكبريتيد في المحاليل المخففة، ولكنها تخضع لتفاعلية تسلسل الكبريت. قد تتشكل أيضًا هيدروبوليسلفيدات [RS(S) _nSH ]، ومن المتوقع أن تمتلك خصائص مشابهة لهيدروبيسلفيدات الكبريتيد. ^{[ 5 ]}

إن عدم استقرار البيرسلفيدات الفريد يعقد عملية الكشف عنها في العينات البيولوجية، والتي تتم عادةً عن طريق ألكلة البيرسلفيدات باستخدام الكواشف المحبة للإلكترونات مثل مشتقات يودوأسيتاميد ومستقبلات مايكل مثل N- إيثيل ماليميد . ^{[ 17 ] [ 18 ]}

نظراً لاستقرار جذر البيرثيل (RSS·)، وُجد أن الهيدروبرسلفيدات عوامل نقل ذرة هيدروجين فسيولوجية استثنائية تُضاهي ألفا توكوفيرول ، وهو مضاد الأكسدة أحادي الإلكترون المعروف القابل للذوبان في أغشية الدهون . وقد وُجد أن الهيدروبرسلفيدات تُثبط تفاعلات سلسلة بيروكسدة الدهون بسرعة عن طريق تحويل جذور بيروكسيل الدهون إلى هيدروبيروكسيدات الدهون. ^{[ 9 ] [ 19 ]}

يمكن تصنيع الهيدروبيرسلفيد مباشرة من كبريتيد الهيدروجين عن طريق التفاعل مع أحماض السلفينيك ، وهو شكل أوكسو قصير العمر ذو أهمية بيولوجية من السيستين: ^{[ 20 ]}

RSOH + H₂S → _RSSH + _H₂O

إن تكوين أنواع الهيدروبرسلفيد البيولوجية من كبريتيد الهيدروجين والثيول هو عملية أكسدة صافية، وبالتالي يجب أن يحدث بالضرورة من خلال نوع من الأكسدة، حتى في حالة عدم وجود عامل مؤكسد واضح.

يمكن توليد هيدروبيرسلفيد السيستين (Cys) من السيستين عبر إنزيمات مسار نقل الكبريت ، وهي سيستاثيونين بيتا-سينثاز (CBS) وسيستاثيونين غاما-لياز (CSE، ويُشار إليه أيضًا باسم سيستاثيوناز). ^{[ 21 ]} يقوم إنزيم سينثيتاز سيستين أمينو أسيل-tRNA الميتوكوندري CARS2 بتخليق هيدروبيرسلفيد السيستين من السيستين، مما يسمح بإدخال الهيدروبيرسلفيدات في البروتينات حديثة التكوين أثناء عملية الترجمة. ^{[ 22 ]} يقوم إنزيم ناقل الكبريت 3-مركابتوبيروفات بتحويل 3-مركابتوبيروفات إلى هيدروبيرسلفيد السيستين في الموقع النشط، والذي قد يخضع لتفاعلات نقل الكبريت مع الثيولات أو يُختزل لإطلاق كبريتيد الهيدروجين. _[ 23 ^{] يقوم إنزيم} أوكسيدوريدوكتاز الكبريتيد:كينون (SQOR) بأكسدة كبريتيد _{الهيدروجين} لتكوين هيدروبيرسلفيدات في وجود مستقبل ثيول مثل الجلوتاثيون. ^{[ 2 ]} يقوم إنزيم ناقل الكبريت ثيوسلفات رودانيز بتحويل الهيدروبيرسلفيدات والثيوسلفات.

تُنتج إنزيمات نزع الكبريت من السيستين أيضًا هيدروبيرسلفيدات السيستين في الموقع النشط، والتي تُستخدم كمصادر للكبريت في التخليق الحيوي للعوامل المساعدة المحتوية على الكبريت مثل 4-ثيويوريدين والثيامين ، ^{[ 24 ]} بالإضافة إلى تجميع عناقيد الحديد والكبريت في كل من البكتيريا ^{[ 25 ]} وخلايا الثدييات. ^{[ 26 ]} يتطلب تجميع عناقيد الحديد والكبريت في الميتوكوندريا عملية نقل الكبريت من إنزيم نزع الكبريت من السيستين NFS1 إلى بروتين تجميع عناقيد الحديد والكبريت ISCU، بوساطة البروتين المساعد فراتاكسين (FXN)؛ ويؤدي فقدان عملية نقل الكبريت الفعالة من NFS1 عبر طفرات ضارة في FXN إلى الإصابة برنح فريدريش .

تم الاستشهاد بالبيرسلفيدات كمركبات وسيطة في التحلل البيولوجي لثاني كبريتيد الكربون. ^{[ 27 ]}

يُعتقد عادةً أن هيدروبيرسلفيدات مضادات للأكسدة نظرًا لتنشيطها لإشارات Nrf2 عبر عملية البيرسلفيدة لبروتين Keap1، وهو البروتين المثبط لـ Nrf2. ^{[ 2 ] [ 5 ]} كما تُثبط هيدروبيرسلفيدات موت الخلايا الحديدي عن طريق استنفاد أنواع الجذور الحرة المؤكسدة. ^{[ 19 ] [ 28 ]} وقد ثبت أن هيدروبيرسلفيدات تعمل كمجموعات حماية فسيولوجية لبقايا السيستين في البروتينات ضد الأكسدة المفرطة، حيث يمكن أكسدتها بشكل تضحوي إلى أحماض ثيوسلفونيك، ثم تُفصل بواسطة الثيوريدوكسينات لإعادة تكوين البروتين الأصلي. ^{[ 29 ]} ومع ذلك، قد تعمل عملية البيرسلفيدة أيضًا كعامل مؤكسد من خلال تعزيز تكوين ثنائي الكبريتيد، والذي يُعتبر تقليديًا تعديلًا مؤكسدًا في علم الأحياء.

تُهدم البيرسلفيدات في الميتوكوندريا كجزء من عملية هدم كبريتيد الهيدروجين (H₂S ₎ . قد يستخدم إنزيم الرودانيز الجلوتاثيون المختزل (GSSH) كمصدر للكبريت بشكل عكسي لإنتاج الثيوسلفات. يتحلل الجلوتاثيون المختزل (GSSH) بشكل غير عكسي بواسطة إنزيم ثنائي أوكسيجيناز البيرسلفيد ETHE1 إلى جلوتاثيون مختزل (GSH) وكبريتيت، والذي يتأكسد لاحقًا ويُطرح خارج الجسم. ^{[ 2 ]} قد يُطرح هيدروبيرسلفيد السيستين مباشرةً من خلايا الثدييات عبر ناقل السيستين/الجلوتامات SLC7A11 . ^{[ 30 ]}

• بيرسلفيد الهيدروجين – هيدرو بيرسلفيد غير عضوي
• البوليسلفان – فئة ذات صلة من أنواع الكبريت غير العضوية المتسلسلة
• متعدد الكبريتيد
• أنواع الكبريت التفاعلية