DENATURACE PROTEINŮ: FAKTORY A DŮSLEDKY - BIOLOGIE - 2025

Denaturace proteinů, se skládá z ztrátě trojrozměrné struktury v důsledku různých faktorů životního prostředí, jako je teplota, pH nebo určitých chemických látek. Ztráta struktury má za následek ztrátu biologické funkce spojené s tímto proteinem, ať už je to enzymatický, strukturální, transportér.

Struktura proteinu je vysoce citlivá na změny. Destabilizace jediné esenciální vodíkové vazby může protein denaturovat. Stejně tak existují interakce, které nejsou striktně nezbytné pro plnění proteinové funkce, a pokud jsou destabilizované, nemají žádný vliv na funkci.

Struktura proteinů

Abychom pochopili procesy denaturace proteinů, musíme vědět, jak jsou proteiny organizovány. Jedná se o primární, sekundární, terciární a kvartérní strukturu.

Primární struktura

Uvedený protein tvoří sekvence aminokyselin. Aminokyseliny jsou základní stavební kameny, které tvoří tyto biomolekuly, a existuje 20 různých typů, z nichž každý má zvláštní fyzikální a chemické vlastnosti. Jsou spojeny dohromady pomocí peptidové vazby.

Sekundární struktura

V této struktuře se tento lineární řetězec aminokyselin začíná skládat vodíkovými vazbami. Existují dvě základní sekundární struktury: a šroubovice, ve tvaru spirály; a skládaný list β, když jsou dva lineární řetězce vyrovnány paralelně.

Terciární struktura

Zahrnuje další typy sil, které mají za následek specifické záhyby trojrozměrného tvaru.

R řetězce aminokyselinových zbytků, které tvoří proteinovou strukturu, mohou tvořit disulfidové můstky a hydrofobní části proteinů se shlukují na vnitřní straně, zatímco hydrofilní části směřují k vodě. Van der Waalsovy síly fungují jako stabilizátory popsaných interakcí.

Kvartérní struktura

Skládá se z agregátů proteinových jednotek.

Když je denaturován protein, ztrácí svou kvartérní, terciární a sekundární strukturu, zatímco primární zůstává nedotčena. Bílkoviny bohaté na disulfidové vazby (terciární struktura) poskytují větší odolnost vůči denaturaci.

Faktory způsobující denaturaci

Denaturaci může způsobit jakýkoli faktor, který destabilizuje nekovalentní vazby odpovědné za udržování nativní struktury proteinu. Mezi nejdůležitější patří:

pH

Při velmi extrémních hodnotách pH, ​​ať už kyselých nebo bazických, může protein ztratit svou trojrozměrnou konfiguraci. Přebytek iontů H ⁺ a OH ^- v médiu destabilizuje interakce proteinů.

Tato změna iontového vzoru způsobuje denaturaci. Denaturace pomocí pH může být v některých případech reverzibilní a v jiných nevratná.

Teplota

S rostoucí teplotou dochází k tepelné denaturaci. U organismů žijících v průměrných podmínkách prostředí se proteiny začnou destabilizovat při teplotách nad 40 ° C. Je zřejmé, že proteiny termofilních organismů vydrží tyto teplotní rozsahy.

Zvýšení teploty se projeví zvýšenými molekulárními pohyby, které ovlivňují vodíkové vazby a jiné nekovalentní vazby, což vede ke ztrátě terciární struktury.

Toto zvýšení teploty vede ke snížení reakční rychlosti, pokud mluvíme o enzymech.

Chemické substance

Polární látky - jako je močovina - ve vysokých koncentracích ovlivňují vodíkové vazby. Stejné důsledky mohou mít také nepolární látky.

Čisticí prostředky mohou také destabilizovat proteinovou strukturu; není to však agresivní proces a jsou většinou reverzibilní.

Redukční činidla

Β-Merkaptoethanol (HOCH2CH2SH) je chemické činidlo často používané v laboratoři k denaturaci proteinů. Je zodpovědný za redukci disulfidových můstků mezi aminokyselinovými zbytky. Může destabilizovat terciární nebo kvartérní strukturu proteinu.

Další redukční činidlo s podobnými funkcemi je dithiothreitol (DTT). Kromě toho jsou dalšími faktory, které přispívají ke ztrátě nativní struktury v proteinech, těžké kovy ve vysokých koncentracích a ultrafialové záření.

Důsledky

Pokud dojde k denaturaci, ztratí protein svou funkci. Proteiny fungují optimálně, když jsou v původním stavu.

Ztráta funkce není vždy spojena s denaturačním procesem. Je možné, že malá změna v proteinové struktuře vede ke ztrátě funkce bez destabilizace celé trojrozměrné struktury.

Tento proces může nebo nemusí být nevratný. V laboratoři, pokud jsou podmínky obráceny, se může protein vrátit do své počáteční konfigurace.

Renaturace

Jeden z nejslavnějších a přesvědčivých experimentů na renaturaci byl prokázán u ribonukleázy A.

Když vědci přidali denaturační činidla, jako je močovina nebo p-merkaptoethanol, byl protein denaturován. Pokud byla tato činidla odstraněna, protein se vrátil do své přirozené konformace a mohl vykonávat svou funkci se 100% účinností.

Jedním z nejdůležitějších závěrů tohoto výzkumu bylo experimentálně demonstrovat, že trojrozměrná konformace proteinu je dána jeho primární strukturou.

V některých případech je denaturační proces zcela nevratný. Například, když vaříme vejce, aplikujeme teplo na bílkoviny (hlavní je albumin), které je tvoří, bílá získá pevný a bělavý vzhled. Intuitivně můžeme dojít k závěru, že i když ji vychladneme, nevrátí se do své původní podoby.

Ve většině případů je denaturační proces doprovázen ztrátou rozpustnosti. Také snižuje viskozitu, rychlost difúze a snadněji krystalizuje.

Chaperonové proteiny

Chaperony nebo proteiny chaperoninů jsou zodpovědné za prevenci denaturace jiných proteinů. Rovněž potlačují určité interakce, které nejsou vhodné mezi proteiny, aby se zajistilo jejich správné složení.

Když se teplota média zvyšuje, tyto proteiny zvyšují jejich koncentraci a působí tak, aby zabránily denaturaci jiných proteinů. Z tohoto důvodu se také nazývají proteiny tepelného šoku nebo proteiny tepelného šoku.

Chaperoniny jsou analogické kleci nebo barelu, která uvnitř chrání protein, který je předmětem zájmu.

Tyto proteiny, které reagují na situace buněčného stresu, byly hlášeny v různých skupinách živých organismů a jsou vysoce konzervované. Existují různé třídy chaperoninů a jsou klasifikovány podle jejich molekulové hmotnosti.

Reference

1. Campbell, NA, a Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
2. Devlin, TM (2004). Biochemie: učebnice s klinickými aplikacemi. Obrátil jsem se.
3. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochemie: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
4. Melo, V., Ruiz, VM a Cuamatzi, O. (2007). Biochemie metabolických procesů. Reverte.
5. Pacheco, D., & Leal, DP (2004). Lékařská biochemie. Redakční Limusa.
6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., & Tapia, R. (1988). Biochemie. Redakční Limusa.
7. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.
9. Voet, D., Voet, JG a Pratt, CW (2007). Základy biochemie. Panamerican Medical Ed.