DENATURÁCIA PROTEÍNOV: FAKTORY A DÔSLEDKY - BIOLÓGIE - 2025

Denaturácia proteínov, sa skladá z strate trojrozmernej štruktúry v dôsledku rôznych faktorov životného prostredia, ako je teplota, pH alebo určitých chemických látok. Strata štruktúry vedie okrem iného k strate biologickej funkcie spojenej s týmto proteínom, či už je to enzymatický, štruktúrny alebo transportér.

Štruktúra proteínu je vysoko citlivá na zmeny. Destabilizácia jednej esenciálnej vodíkovej väzby môže proteín denaturovať. Rovnakým spôsobom existujú interakcie, ktoré nie sú striktne nevyhnutné na splnenie proteínovej funkcie, a ak sú destabilizované, nemajú žiadny vplyv na funkciu.

Štruktúra proteínov

Aby sme pochopili procesy denaturácie proteínov, musíme vedieť, ako sú bielkoviny organizované. Predstavujú primárnu, sekundárnu, terciárnu a kvartérnu štruktúru.

Primárna štruktúra

Uvedený proteín tvorí sekvencia aminokyselín. Aminokyseliny sú základnými stavebnými kameňmi, ktoré tvoria tieto biomolekuly, a existuje 20 rôznych typov, z ktorých každý má osobitné fyzikálne a chemické vlastnosti. Sú navzájom spojené pomocou peptidovej väzby.

Sekundárna štruktúra

V tejto štruktúre sa tento lineárny reťazec aminokyselín začína skladať cez vodíkové väzby. Existujú dve základné sekundárne štruktúry: a špirála v tvare špirály; a zložený list P, keď sú dva lineárne reťazce usporiadané rovnobežne.

Terciárna štruktúra

Zahŕňa ďalšie typy síl, ktoré vedú k špecifickým záhybom trojrozmerného tvaru.

R reťazce aminokyselinových zvyškov, ktoré tvoria proteínovú štruktúru, môžu tvoriť disulfidové mostíky a hydrofóbne časti proteínov sa zhlukujú na vnútornej strane, zatiaľ čo hydrofilné časti smerujú k vode. Van der Waalsove sily pôsobia ako stabilizátory opísaných interakcií.

Štruktúra kvartéru

Pozostáva z agregátov proteínových jednotiek.

Ak je proteín denaturovaný, stráca svoju kvartérnu, terciárnu a sekundárnu štruktúru, zatiaľ čo primárny zostáva nedotknutý. Bielkoviny bohaté na disulfidové väzby (terciárna štruktúra) poskytujú väčšiu odolnosť proti denaturácii.

Faktory spôsobujúce denaturáciu

Denaturáciu môže spôsobiť akýkoľvek faktor, ktorý destabilizuje nekovalentné väzby zodpovedné za udržiavanie natívnej štruktúry proteínu. Medzi najdôležitejšie patrí:

pH

Pri veľmi extrémnych hodnotách pH, ​​či už kyslých alebo zásaditých, môže proteín stratiť svoju trojrozmernú konfiguráciu. Prebytok H ⁺ a OH ^- iónov v médiu destabilizuje interakcie proteínov.

Táto zmena v iónovom vzore spôsobuje denaturáciu. Denaturácia pomocou pH môže byť v niektorých prípadoch reverzibilná a v iných nezvratná.

teplota

Pri zvyšujúcej sa teplote dochádza k denaturácii. V organizmoch žijúcich v priemerných podmienkach prostredia sa proteíny začínajú destabilizovať pri teplotách nad 40 ° C. Je zrejmé, že proteíny termofilných organizmov vydržia tieto teplotné rozsahy.

Zvýšenie teploty sa premieta do zvýšených molekulárnych pohybov, ktoré ovplyvňujú vodíkové väzby a iné nekovalentné väzby, čo vedie k strate terciárnej štruktúry.

Toto zvýšenie teploty vedie k zníženiu reakčnej rýchlosti, ak hovoríme o enzýmoch.

Chemické látky

Polárne látky - napríklad močovina - ovplyvňujú vodíkové väzby vo vysokých koncentráciách. Nepolárne látky môžu mať podobné následky.

Čistiace prostriedky môžu tiež destabilizovať proteínovú štruktúru; nejde však o agresívny proces a väčšinou sú reverzibilné.

Redukčné činidlá

Β-Merkaptoetanol (HOCH2CH2SH) je chemické činidlo, ktoré sa v laboratóriu často používa na denaturáciu proteínov. Je zodpovedný za redukciu disulfidových mostíkov medzi aminokyselinovými zvyškami. Môže destabilizovať terciárnu alebo kvartérnu štruktúru proteínu.

Ďalším redukčným činidlom s podobnými funkciami je ditiotreitol (DTT). Ďalej, ďalšie faktory, ktoré prispievajú k strate natívnej štruktúry proteínov, sú ťažké kovy vo vysokých koncentráciách a ultrafialové žiarenie.

dôsledky

Ak dôjde k denaturácii, proteín stráca svoju funkciu. Proteíny fungujú optimálne, keď sú v pôvodnom stave.

Strata funkcie nie je vždy spojená s denaturačným procesom. Je možné, že malá zmena v proteínovej štruktúre vedie k strate funkcie bez destabilizácie celej trojrozmernej štruktúry.

Tento proces môže alebo nemusí byť nezvratný. Ak sú podmienky v laboratóriu obrátené, proteín sa môže vrátiť do pôvodnej konfigurácie.

renaturace

Jeden z najslávnejších a presvedčivých experimentov na renaturácii sa preukázal pri ribonukleáze A.

Keď vedci pridali denaturačné činidlá, ako je močovina alebo P-merkaptoetanol, proteín sa denaturoval. Ak boli tieto činidlá odstránené, proteín sa vrátil do svojej natívnej konformácie a mohol vykonávať svoju funkciu so 100% účinnosťou.

Jedným z najdôležitejších záverov tohto výskumu bolo experimentálne preukázať, že trojrozmerná konformácia proteínu je daná jeho primárnou štruktúrou.

V niektorých prípadoch je denaturačný proces úplne nezvratný. Napríklad, keď uvaríme vajíčko, aplikujeme teplo na proteíny (hlavný je albumín), ktoré ho tvoria, biela získa pevný a belavý vzhľad. Intuitívne môžeme konštatovať, že aj keď ho vychladneme, nevráti sa do svojej pôvodnej podoby.

Vo väčšine prípadov je denaturačný proces sprevádzaný stratou rozpustnosti. Znižuje tiež viskozitu, rýchlosť difúzie a ľahšie kryštalizuje.

Chaperónové proteíny

Chaperóny alebo proteíny chaperonínov sú zodpovedné za prevenciu denaturácie iných proteínov. Potláčajú tiež určité interakcie, ktoré nie sú vhodné medzi proteínmi, aby sa zaistilo ich správne zloženie.

Keď sa teplota média zvyšuje, tieto proteíny zvyšujú svoju koncentráciu a pôsobia tak, aby zabránili denaturácii iných proteínov. Preto sa tiež nazývajú „proteíny tepelného šoku“ alebo HSP (proteíny tepelného šoku).

Chaperoníny sú analogické klietke alebo hlavni, ktorá vo vnútri chráni proteín, o ktorý je záujem.

Tieto proteíny, ktoré reagujú na stav bunkového stresu, boli publikované v rôznych skupinách živých organizmov a sú vysoko konzervované. Existujú rôzne triedy chaperonínov a sú klasifikované podľa ich molekulovej hmotnosti.

Referencie

1. Campbell, NA, a Reece, JB (2007). Biológia. Panamerican Medical Ed.
2. Devlin, TM (2004). Biochémia: učebnica s klinickými aplikáciami. Obrátil som sa.
3. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochémia: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
4. Melo, V., Ruiz, VM a Cuamatzi, O. (2007). Biochémia metabolických procesov. Reverte.
5. Pacheco, D., & Leal, DP (2004). Lekárska biochémia. Redakčná Limusa.
6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., & Tapia, R. (1988). Biochémie. Redakčná Limusa.
7. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: Biológia. Panamerican Medical Ed.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiológie. Panamerican Medical Ed.
9. Voet, D., Voet, JG a Pratt, CW (2007). Základy biochémie. Panamerican Medical Ed.