Denaturacja

w Denaturacja Biomolekuły, takie jak białka i kwasy nukleinowe, tracą aktywność biologiczną z powodu zmian strukturalnych. Jednak pierwotna struktura biocząsteczek zostaje zachowana. W organizmie zachodzą zarówno konieczne, jak i szkodliwe procesy denaturacji.

Co to jest denaturacja?

Denaturacja odnosi się do niszczenia drugorzędowej, trzeciorzędowej i czwartorzędowej struktury białek i kwasów nukleinowych pod wpływem czynników fizycznych i chemicznych. Wpływy fizyczne reprezentują ciepło, ciśnienie lub promieniowanie wysokoenergetyczne. Chemicznie denaturację wywołują kwasy, zasady, chaotropy, detergenty, alkohol lub inne związki.

Jednak pomimo tych zmian strukturalnych pierwotna struktura zostaje zachowana. Struktura pierwotna charakteryzuje się sekwencją aminokwasów w białkach lub zasad azotowych w kwasach nukleinowych. Struktura drugorzędowa opisuje fałdowanie biocząsteczek pod wpływem wiązań wodorowych, oddziaływań polarnych, wiązań jonowych i oddziaływań hydrofobowych. Oprócz tworzenia mostków dwusiarczkowych między różnymi aminokwasami zawierającymi siarkę, inne wiązania kowalencyjne nie ulegają zmianie.

W strukturze trzeciorzędowej struktury przestrzenne tworzą się w łańcuchu biomolekularnym przechodzącym przez fałdy. Strukturę czwartorzędową charakteryzuje tworzenie struktury przestrzennej z kilkoma łańcuchami. Białka i kwasy nukleinowe rozwijają swoją aktywność biologiczną jedynie poprzez tworzenie struktury drugorzędowej, trzeciorzędowej i czwartorzędowej.

W przypadku denaturacji struktury te ulegają zniszczeniu poprzez rozpuszczenie wiązań fizycznych pomiędzy poszczególnymi grupami atomowymi oraz wiązania chemicznego w obrębie grup dwusiarczkowych. Chociaż zachowana zostaje pierwotna struktura, aktywność biologiczna zostaje utracona.

Denaturacje nieustannie zachodzą zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz organizmu. Typowym przykładem denaturacji jest stwardnienie jaja podczas gotowania. Większość denaturacji jest nieodwracalna. Ale mogą być również odwracalne.

Funkcja i zadanie

W organizmach zwierzęcych i ludzkich stale dochodzi do denaturacji. Białka spożywcze należy najpierw przygotować do chemicznego rozszczepienia na poszczególne aminokwasy. Nie jest to możliwe bez odsłonięcia struktur drugorzędowych, trzeciorzędowych lub czwartorzędowych. Peptydazy mogą stać się aktywne tylko wtedy, gdy łańcuch białkowy jest rozwinięty.

W żołądku działanie kwasu żołądkowego prowadzi do denaturacji białek pokarmowych. Po przejściu przez gatekeepera przygotowana treść pokarmowa jest dalej rozkładana chemicznie przez enzymy trawienne trzustki. Węglowodany, tłuszcze i białka są rozkładane na odpowiednie monomery. Pod wpływem peptydaz zdenaturowane białka pokarmowe wytwarzają poszczególne aminokwasy, które przekształcane są we własne białka organizmu.

Czynnikiem denaturującym w żołądku jest kwas żołądkowy, który w dużej mierze składa się z kwasu solnego. Jednak kwas żołądkowy rozkłada nie tylko białka pokarmowe. Niszczy również wiele patogenów spożywanych z pożywieniem poprzez denaturację.

Denaturacja białek i kwasów nukleinowych również odgrywa ważną rolę w obronie immunologicznej. Obce cząsteczki białek (zarazki) oraz chore lub martwe komórki ciała są absorbowane i rozpuszczane przez tak zwane makrofagi. Ich trawienie odbywa się w tzw. Lizosomach.Lizosomy to organelle komórkowe, które przy pomocy enzymów rozkładają obce substancje i substancje własne organizmu. Makrofagi zawierają szczególnie dużą liczbę lizosomów. Wewnątrz lizosomów występuje niska wartość pH (środowisko kwaśne). Tam składniki białkowe i kwas nukleinowy są najpierw denaturowane, a następnie rozkładane przez enzymy trawienne.

Ponadto podczas infekcji często występują podwyższone temperatury. W przypadku gorączki wrażliwe zarazki giną również w wyniku denaturacji pod wpływem ciepła.

Lizosomy są zawarte nie tylko w makrofagach, ale także we wszystkich innych komórkach organizmu, ponieważ w każdej komórce muszą zostać strawione bezużyteczne produkty przemiany materii i składniki białkowe. Opisane dotychczas procesy denaturacji są niezbędne dla organizmu.

Tutaj znajdziesz swoje leki

Choroby i dolegliwości

Jednak istnieją również procesy patologiczne związane z denaturacjami zachodzącymi w organizmie. W przypadku infekcji gorączka nie tylko zabija zarazki, ponieważ długotrwałe wysokie temperatury mogą również zniszczyć własne białka organizmu. Dotyczy to szczególnie bardzo wrażliwych enzymów. Jeśli temperatura ciała przekracza 40 stopni przez długi czas, wiele enzymów staje się nieskutecznych. Dlatego bardzo wysoka gorączka jest potencjalnie śmiertelna dla organizmu. Jeśli jednak wysoka temperatura spadnie ponownie w ciągu sześciu godzin, uszkodzenie jest nadal odwracalne.

Denaturacja białek jest również spowodowana wpływem metali ciężkich. Metale ciężkie mogą tworzyć kompleksy z białkami. To zmienia ich trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę. Tutaj również szczególnie dotknięte są enzymy. Dlatego nagromadzenie metali ciężkich w organizmie prowadzi do ciężkich chorób przewlekłych, a czasem śmiertelnych.

W przypadku oparzeń chemicznych kwasami lub zasadami chodzi również o denaturację w skórze własnych białek organizmu. Śmierć dotkniętej tkanki inicjuje procesy zapalne, które prowadzą do swędzenia i ciężkich reakcji skórnych. Ponadto oparzenia prowadzą do denaturacji własnych białek organizmu w skórze i tkance łącznej.

W medycynie obfite krwawienia są często leczone elektrycznością o wysokiej częstotliwości. Temperatura tkanki jest na krótko podgrzewana do 80 stopni. W rezultacie dochodzi do koagulacji białek tkankowych i włókien tkanki łącznej. Dzięki temu ranę można skutecznie zamknąć.

Wiele chorób wieku podeszłego wiąże się również ze zmianami struktury drugorzędowej i trzeciorzędowej białek. Chociaż w tych przypadkach nie ma całkowitej denaturacji, pojawiają się między innymi fałdy i blaszki. Dobrze znanym przykładem są płytki starcze u pacjentów z chorobą Alzheimera. Płytki starcze są złogami białek w mózgu, które są tworzone przez fałdy w strukturze trzeciorzędowej. Jednak przyczyny tego procesu nie są jeszcze znane. Omówiono również wpływ aluminium na zmiany strukturalne białka rosy.