DENATURACIJA BELJAKOVIN: DEJAVNIKI IN POSLEDICE - BIOLOGIJA - 2025

Denaturacija proteinov sestavljajo izgube tridimenzionalne strukture zaradi različnih okoljskih dejavnikov, kot so temperatura, pH ali nekaterih kemičnih snovi. Izguba strukture povzroči izgubo biološke funkcije, povezane s tem beljakovinami, bodisi encimskim, strukturnim, prenašalcem, med drugim.

Struktura beljakovin je zelo občutljiva na spremembe. Destabilizacija ene same bistvene vodikove vezi lahko denaturira beljakovine. Na enak način obstajajo interakcije, ki niso nujno potrebne za izpolnjevanje beljakovinskih funkcij in, če so destabilizirane, na delovanje ne vplivajo.

Struktura beljakovin

Da bi razumeli procese denaturacije beljakovin, moramo vedeti, kako so proteini organizirani. Te imajo primarno, sekundarno, terciarno in kvartarno strukturo.

Primarna struktura

To zaporedje aminokislin sestavlja omenjeni protein. Aminokisline so temeljni gradniki, ki sestavljajo te biomolekule in obstaja 20 različnih vrst, od katerih ima vsaka posebne fizikalne in kemijske lastnosti. Povezani so skupaj s peptidno vezjo.

Sekundarna struktura

V tej strukturi se ta linearna veriga aminokislin začne pregibati skozi vodikove vezi. Obstajata dve osnovni sekundarni strukturi: α vijačnica, spiralno oblikovana; in zloženi list β, ko sta dve linearni verigi vzporedno poravnani.

Terciarna struktura

Vključuje druge vrste sil, ki imajo za posledico določene pregibe tridimenzionalne oblike.

R verige aminokislinskih ostankov, ki sestavljajo strukturo beljakovin, lahko tvorijo disulfidne mostove, hidrofobni deli proteinov pa se združijo na notranji strani, hidrofilni pa se spopadajo z vodo. Sile van der Waalsa delujejo kot stabilizatorji za opisane interakcije.

Kvartarna zgradba

Sestavljen je iz agregatov beljakovinskih enot.

Ko je protein denaturiran, izgubi svojo kvartarno, terciarno in sekundarno strukturo, primarni pa ostane nedotaknjen. Beljakovine, ki so bogate z disulfidnimi vezmi (terciarna struktura), zagotavljajo večjo odpornost na denaturacijo.

Dejavniki, ki povzročajo denaturacijo

Vsak dejavnik, ki destabilizira nekovalentne vezi, ki so odgovorni za ohranjanje naravne strukture proteina, lahko povzroči njegovo denaturacijo. Med najpomembnejše lahko omenimo:

pH

Pri zelo ekstremnih vrednostih pH, ​​bodisi kislih ali bazičnih, lahko protein izgubi tridimenzionalno konfiguracijo. Presežek H ⁺ in OH ^- ionov v mediju destabilizira beljakovinske interakcije.

Ta sprememba ionskega vzorca povzroči denaturacijo. Denaturacija po pH je v nekaterih primerih lahko reverzibilna, v drugih pa nepovratna.

Temperatura

Toplotna denaturacija se pojavi z naraščanjem temperature. V organizmih, ki živijo v povprečnih okoljskih pogojih, se beljakovine pri temperaturi nad 40 ° C začnejo destabilizirati. Jasno je, da lahko beljakovine termofilnih organizmov prenesejo ta temperaturna območja.

Povišanje temperature se pretvori v povečana molekularna gibanja, ki vplivajo na vodikove vezi in druge nekovalentne vezi, kar ima za posledico izgubo terciarne strukture.

Ta zvišanja temperature vodijo k zmanjšanju hitrosti reakcije, če govorimo o encimih.

Kemične snovi

Polarne snovi - na primer sečnina - v visokih koncentracijah vplivajo na vodikove vezi. Tudi nepolarne snovi imajo lahko podobne posledice.

Detergenti lahko tudi destabilizirajo strukturo beljakovin; vendar ne gre za agresiven postopek in so večinoma reverzibilni.

Redukcijska sredstva

Β-Merkaptoetanol (HOCH2CH2SH) je kemično sredstvo, ki se pogosto uporablja v laboratoriju za denaturacijo beljakovin. Odgovoren je za zmanjšanje disulfidnih mostov med ostanki aminokislin. Lahko destabilizira terciarno ali kvartarno strukturo proteina.

Drugo redukcijsko sredstvo s podobnimi funkcijami je ditiotreitol (DTT). Poleg tega so drugi dejavniki, ki prispevajo k izgubi naravne strukture beljakovin, težke kovine v visokih koncentracijah in ultravijolično sevanje.

Posledice

Ko pride do denaturacije, protein izgubi svojo funkcijo. Beljakovine optimalno delujejo, ko so v domačem stanju.

Izguba funkcije ni vedno povezana s postopkom denaturacije. Lahko, da majhna sprememba strukture beljakovin povzroči izgubo funkcije, ne da bi destabilizirala celotno tridimenzionalno strukturo.

Postopek je lahko ali ne mora biti nepovraten. Če se pogoji obrnejo, se lahko protein vrne v prvotno konfiguracijo.

Renaturacija

Eden najbolj znanih in prepričljivih poskusov renaturacije je bil dokazan v ribonukleazi A.

Ko so raziskovalci dodali sredstva za denaturiranje, kot sta sečnina ali β-merkaptoetanol, je bil protein denaturiran. Če bi ta sredstva odstranili, se je protein vrnil v prvotno obliko in lahko svojo funkcijo opravlja s stoodstotno učinkovitostjo.

Eden najpomembnejših zaključkov te raziskave je bil eksperimentalno pokazati, da tridimenzionalna konformacija proteina daje njegova primarna struktura.

Ponekod je postopek denaturacije nepopravljiv. Na primer, ko kuhamo jajce, toploto nanašamo na beljakovine (glavni je albumin), ki ga sestavljajo, bela pridobi trden in bel bel videz. Intuitivno lahko sklepamo, da tudi če ga ohladimo, se ne bo vrnil v prvotno obliko.

V večini primerov postopek denaturacije spremlja izguba topnosti. Zmanjša tudi viskoznost, hitrost difuzije in lažje kristalizira.

Chaperone proteini

Za preprečevanje denaturacije drugih proteinov so zadolženi proteini chaperoni ali chaperonini. Zatirajo tudi nekatere interakcije, ki niso primerne med proteini, da se zagotovi pravilno zlaganje istih.

Ko se temperatura medija poveča, ti proteini povečajo koncentracijo in preprečujejo denaturacijo drugih beljakovin. Zato jih imenujejo tudi "proteini toplotnega udara" ali HSP (Heat Shock Proteins).

Kaperonini so analogni kletki ali sodu, ki ščiti beljakovine, ki jih zanimajo v notranjosti.

O teh beljakovinah, ki se odzivajo na situacije celičnega stresa, so poročali v različnih skupinah živih organizmov in so zelo ohranjeni. Obstajajo različni razredi kaperoninov in jih razvrščamo glede na njihovo molekulsko maso.

Reference

1. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologija. Panamerican Medical Ed.
2. Devlin, TM (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Sem obrnil.
3. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
4. Melo, V., Ruiz, VM in Cuamatzi, O. (2007). Biokemija presnovnih procesov. Povrni.
5. Pacheco, D., & Leal, DP (2004). Medicinska biokemija. Uredništvo Limusa.
6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., & Tapia, R. (1988). Biokemija. Uredništvo Limusa.
7. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Življenje: Nauk o biologiji. Panamerican Medical Ed.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Uvod v mikrobiologijo. Panamerican Medical Ed.
9. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Osnove biokemije. Panamerican Medical Ed.