DENATURACJA BIAŁEK: CZYNNIKI I KONSEKWENCJE - BIOLOGIA - 2025

Denaturacji białek polega na utratę struktury trójwymiarowej z powodu różnych czynników środowiskowych, takich jak temperatura, pH lub pewnych środków chemicznych. Utrata struktury skutkuje utratą funkcji biologicznej związanej z tym białkiem, m.in. enzymatycznej, strukturalnej, transporterowej.

Struktura białka jest bardzo wrażliwa na zmiany. Destabilizacja pojedynczego niezbędnego wiązania wodorowego może spowodować denaturację białka. W ten sam sposób istnieją interakcje, które nie są absolutnie niezbędne do pełnienia funkcji białka, a jeśli zostaną zdestabilizowane, nie mają wpływu na funkcję.

Struktura białek

Aby zrozumieć procesy denaturacji białek, musimy wiedzieć, jak są zorganizowane białka. Przedstawiają one strukturę pierwotną, drugorzędną, trzeciorzędową i czwartorzędową.

Podstawowa struktura

Jest to sekwencja aminokwasów, z których składa się to białko. Aminokwasy są podstawowymi elementami budulcowymi, z których składają się te biocząsteczki. Istnieje 20 różnych typów, z których każdy ma szczególne właściwości fizyczne i chemiczne. Są połączone ze sobą za pomocą wiązania peptydowego.

Struktura drugorzędna

W tej strukturze ten liniowy łańcuch aminokwasów zaczyna się zwijać przez wiązania wodorowe. Istnieją dwie podstawowe struktury wtórne: helisa α, spiralna; i złożony arkusz β, gdy dwa liniowe łańcuchy są ustawione równolegle.

Struktura trzeciorzędowa

Obejmuje inne rodzaje sił, które powodują określone fałdy trójwymiarowego kształtu.

Łańcuchy R reszt aminokwasowych, które tworzą strukturę białka, mogą tworzyć mostki dwusiarczkowe, a hydrofobowe części białek zlepiają się ze sobą wewnątrz, podczas gdy hydrofilowe są zwrócone ku wodzie. Siły van der Waalsa działają jako stabilizatory dla opisanych interakcji.

Struktura czwartorzędowa

Składa się z agregatów jednostek białkowych.

Kiedy białko ulega denaturacji, traci swoją czwartorzędową, trzeciorzędową i drugorzędową strukturę, podczas gdy pierwotna pozostaje nienaruszona. Białka bogate w wiązania dwusiarczkowe (struktura trzeciorzędowa) zapewniają większą odporność na denaturację.

Czynniki powodujące denaturację

Każdy czynnik destabilizujący wiązania niekowalencyjne odpowiedzialne za utrzymanie natywnej struktury białka może powodować jego denaturację. Wśród najważniejszych możemy wymienić:

pH

Przy bardzo skrajnych wartościach pH, ​​zarówno kwaśnych, jak i zasadowych, białko może stracić swoją trójwymiarową konfigurację. Nadmiar jonów H ⁺ i OH ^- w pożywce destabilizuje interakcje białek.

Ta zmiana wzoru jonowego powoduje denaturację. Denaturacja przez pH może być w niektórych przypadkach odwracalna, aw innych nieodwracalna.

Temperatura

Denaturacja termiczna następuje wraz ze wzrostem temperatury. W organizmach żyjących w przeciętnych warunkach środowiskowych białka zaczynają destabilizować się w temperaturach powyżej 40 ° C. Oczywiście białka organizmów ciepłolubnych mogą wytrzymać te zakresy temperatur.

Wzrost temperatury przekłada się na zwiększone ruchy molekularne, które wpływają na wiązania wodorowe i inne wiązania niekowalencyjne, powodując utratę struktury trzeciorzędowej.

Te wzrosty temperatury prowadzą do zmniejszenia szybkości reakcji, jeśli mówimy o enzymach.

Substancje chemiczne

Substancje polarne - takie jak mocznik - w wysokich stężeniach wpływają na wiązania wodorowe. Również substancje niepolarne mogą mieć podobne konsekwencje.

Detergenty mogą również destabilizować strukturę białka; jednak nie jest to agresywny proces i są one w większości odwracalne.

Środki redukujące

Β-Merkaptoetanol (HOCH2CH2SH) jest środkiem chemicznym często używanym w laboratorium do denaturacji białek. Odpowiada za redukcję mostków dwusiarczkowych pomiędzy resztami aminokwasów. Może destabilizować trzeciorzędową lub czwartorzędową strukturę białka.

Innym środkiem redukującym o podobnych funkcjach jest ditiotreitol (DTT). Ponadto innymi czynnikami, które przyczyniają się do utraty struktury natywnej w białkach, są metale ciężkie w wysokich stężeniach oraz promieniowanie ultrafioletowe.

Konsekwencje

Kiedy dochodzi do denaturacji, białko traci swoją funkcję. Białka funkcjonują optymalnie w swoim rodzimym stanie.

Utrata funkcji nie zawsze wiąże się z procesem denaturacji. Może się zdarzyć, że niewielka zmiana w strukturze białka prowadzi do utraty funkcji bez destabilizacji całej trójwymiarowej struktury.

Proces ten może być nieodwracalny lub nie. W laboratorium, jeśli warunki ulegną odwróceniu, białko może powrócić do swojej początkowej konfiguracji.

Renaturacja

Jedno z najbardziej znanych i rozstrzygających eksperymentów dotyczących renaturacji zostało udowodnione w rybonukleazie A.

Gdy naukowcy dodali środki denaturujące, takie jak mocznik lub β-merkaptoetanol, białko uległo denaturacji. Gdyby te czynniki zostały usunięte, białko powróciło do swojej natywnej konformacji i mogłoby pełnić swoją funkcję ze 100% skutecznością.

Jednym z najważniejszych wniosków z tych badań było wykazanie eksperymentalnie, że trójwymiarową konformację białka nadaje jego pierwotna struktura.

W niektórych przypadkach proces denaturacji jest całkowicie nieodwracalny. Na przykład, gdy gotujemy jajko, przykładamy ciepło do tworzących je białek (głównym jest albumina), biel nabiera jednolitego i białawego wyglądu. Intuicyjnie możemy stwierdzić, że nawet jeśli go ochłodzimy, nie wróci do swojej pierwotnej formy.

W większości przypadków procesowi denaturacji towarzyszy utrata rozpuszczalności. Zmniejsza również lepkość, prędkość dyfuzji i łatwiej krystalizuje.

Białka opiekuńcze

Białka opiekuńcze lub chaperoniny są odpowiedzialne za zapobieganie denaturacji innych białek. Tłumią również pewne interakcje, które nie są odpowiednie między białkami, aby zapewnić ich prawidłowe fałdowanie.

Gdy temperatura pożywki wzrasta, białka te zwiększają swoje stężenie i działają zapobiegając denaturacji innych białek. Dlatego nazywa się je także „białkami szoku cieplnego” lub HSP (białkami szoku cieplnego).

Chaperoniny są analogiczne do klatki lub beczki, która chroni interesujące białko wewnątrz.

Te białka, które reagują na sytuacje stresu komórkowego, zostały opisane w różnych grupach organizmów żywych i są wysoce konserwatywne. Istnieją różne klasy chaperonin, które klasyfikuje się według ich masy cząsteczkowej.

Bibliografia

1. Campbell, NA i Reece, JB (2007). Biologia. Panamerican Medical Ed.
2. Devlin, TM (2004). Biochemia: podręcznik o zastosowaniach klinicznych. Odwróciłem się.
3. Koolman, J. i Röhm, KH (2005). Biochemia: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
4. Melo, V., Ruiz, VM i Cuamatzi, O. (2007). Biochemia procesów metabolicznych. Przywróć.
5. Pacheco, D. i Leal, DP (2004). Biochemia medyczna. Redakcja Limusa.
6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A. i Tapia, R. (1988). Biochemia. Redakcja Limusa.
7. Sadava, D. i Purves, WH (2009). Życie: nauka biologii. Panamerican Medical Ed.
8. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Panamerican Medical Ed.
9. Voet, D., Voet, JG i Pratt, CW (2007). Podstawy biochemii. Panamerican Medical Ed.