PROTEIINIEN DENATUROINTI: TEKIJÄT JA SEURAUKSET - BIOLOGIA - 2025

Proteiinien denaturoitumisen koostuu menetys kolmiulotteinen rakenne, joka johtuu ympäristön eri tekijät, kuten lämpötila, pH tai tiettyjä kemiallisia aineita. Rakenteen menetys johtaa siihen proteiiniin liittyvän biologisen toiminnan menettämiseen, olipa se muun muassa entsymaattinen, rakenteellinen, kuljettaja.

Proteiinin rakenne on erittäin herkkä muutoksille. Yhden välttämättömän vedysidoksen epävakauttaminen voi denaturoida proteiinin. Samalla tavoin on vuorovaikutuksia, jotka eivät ole ehdottomasti välttämättömiä proteiinitoiminnan suorittamiseksi ja joilla ei ole vaikutusta toimintaan, jos ne ovat destabiloituneet.

Proteiinien rakenne

Proteiinien denaturoitumisprosessien ymmärtämiseksi meidän on tiedettävä, kuinka proteiinit on järjestetty. Näillä on primaari, sekundaari, tertiäärinen ja kvaternäärinen rakenne.

Ensisijainen rakenne

Se on aminohappojen sekvenssi, joka muodostaa mainitun proteiinin. Aminohapot ovat tärkeitä rakennuspalikoita, jotka muodostavat nämä biomolekyylit, ja niitä on 20 eri tyyppiä, jokaisella on erityiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Ne on kytketty toisiinsa peptidisidoksen avulla.

Toissijainen rakenne

Tässä rakenteessa tämä lineaarinen aminohappoketju alkaa laskostua vety sidosten kautta. Toissijaisia ​​perusrakenteita on kaksi: a-kierre, spiraalin muotoinen; ja taitettu levy β, kun kaksi lineaarista ketjua on kohdistettu yhdensuuntaisesti.

Tertiäärinen rakenne

Siihen sisältyy muun tyyppisiä voimia, jotka johtavat erityisiin taittoihin kolmiulotteisessa muodossa.

Proteiinirakenteen muodostavien aminohappotähteiden R-ketjut voivat muodostaa disulfidisiltoja, ja proteiinien hydrofobiset osat rypistyvät sisäpuolelle, kun taas hydrofiiliset kohtaavat vettä. Van der Waals -voimat toimivat kuvattujen vuorovaikutusten stabiloijina.

Kvaternäärinen rakenne

Se koostuu proteiiniyksiköiden aggregaateista.

Kun proteiini denaturoituu, se menettää kvaternäärisen, tertiäärisen ja sekundaarisen rakenteensa, kun taas primaari pysyy ehjänä. Proteiinit, joissa on runsaasti disulfidisidoksia (tertiäärinen rakenne), tarjoavat suuremman vastustuskyvyn denaturoitumiselle.

Denaturoitumista aiheuttavat tekijät

Mikä tahansa tekijä, joka destabiloi ei-kovalenttisia sidoksia, jotka vastaavat proteiinin luontaisen rakenteen ylläpidosta, voi aiheuttaa sen denaturoitumisen. Tärkeimmistä voimme mainita:

pH

Hyvin äärimmäisissä pH-arvoissa, olivatpa ne sitten happamia tai emäksisiä, proteiini voi menettää kolmiulotteisen konfiguraationsa. Ylimäärä H ⁺ ja OH ^- ionien keskipitkällä destabiloi proteiini-vuorovaikutuksia.

Tämä muutos ionisessa kuviossa aiheuttaa denaturoitumisen. Denaturoituminen pH: n avulla voi olla joissain tapauksissa palautuvaa ja toisissa tapauksissa peruuttamatonta.

Lämpötila

Terminen denaturoituminen tapahtuu lämpötilan noustessa. Keskimääräisissä ympäristöolosuhteissa elävissä organismeissa proteiinit alkavat destabilisoitua yli 40 ° C: n lämpötiloissa. Termofiilisten organismien proteiinit kestävät selvästi nämä lämpötila-alueet.

Lämpötilan nousu merkitsee lisääntyneitä molekyyliliikkeitä, jotka vaikuttavat vety- ja muihin ei-kovalenttisiin sidoksiin, mikä johtaa tertiäärisen rakenteen menetykseen.

Nämä lämpötilan nousut johtavat reaktionopeuden laskuun, jos puhumme entsyymeistä.

Kemialliset aineet

Polaariset aineet - kuten urea - suurina pitoisuuksina vaikuttavat vety sidoksiin. Myös ei-polaarisilla aineilla voi olla samanlaisia ​​seurauksia.

Pesuaineet voivat myös destabiloida proteiinirakenteen; se ei kuitenkaan ole aggressiivinen prosessi, ja ne ovat enimmäkseen palautuvia.

Pelkistävät aineet

Β-Merkaptoetanoli (HOCH2CH2SH) on kemiallinen aine, jota käytetään usein laboratoriossa proteiinien denaturoimiseen. Se vastaa disulfidisiltojen vähentämisestä aminohappotähteiden välillä. Se voi horjuttaa proteiinin tertiääristä tai kvaternääristä rakennetta.

Toinen pelkistin, jolla on samanlaiset toiminnot, on ditiotreitoli (DTT). Lisäksi muut tekijät, jotka vaikuttavat proteiinien luontaisen rakenteen menettämiseen, ovat korkeissa pitoisuuksissa olevat raskasmetallit ja ultraviolettisäteily.

Seuraukset

Kun denaturoituminen tapahtuu, proteiini menettää toimintansa. Proteiinit toimivat optimaalisesti alkuperäisessä tilassaan.

Toiminnan menetys ei aina liity denaturoitumisprosessiin. Voi olla, että pieni muutos proteiinirakenteessa johtaa toiminnan menetykseen muuttamatta koko kolmiulotteista rakennetta epävakaasti.

Prosessi voi olla peruuttamaton. Jos olosuhteet muuttuvat laboratoriossa, proteiini voi palata alkuperäiseen kokoonpanoonsa.

renaturaatio

Yksi kuuluisimmista ja vakuuttavimmista kokeista renaturaation suhteen todistettiin ribonukleaasilla A.

Kun tutkijat lisäsivät denaturoivia aineita, kuten urea tai β-merkaptoetanoli, proteiini denaturoitiin. Jos nämä aineet poistettiin, proteiini palasi luonnolliseen konformaatioonsa ja pystyi suorittamaan toimintansa 100-prosenttisesti.

Yksi tämän tutkimuksen tärkeimmistä johtopäätöksistä oli osoittaa kokeellisesti, että proteiinin kolmiulotteinen konformaatio antaa sen primaarisen rakenteen.

Joissakin tapauksissa denaturointiprosessi on täysin peruuttamaton. Esimerkiksi kun keitämme munaa, käytämme lämpöä proteiineihin (pääasiallinen albumiini), jotka muodostavat sen, valkoinen on kiinteän ja vaaleanpunaisen ulkonäön. Intuitiivisesti voimme päätellä, että vaikka jäähdytämme sen, se ei palauta alkuperäiseen muotoonsa.

Denaturointiprosessiin liittyy useimmissa tapauksissa liukoisuuden menetys. Se vähentää myös viskositeettia, diffuusionopeutta ja kiteytyy helpommin.

Chaperone-proteiinit

Kaperonit tai chaperoniiniproteiinit ovat vastuussa muiden proteiinien denaturoitumisen estämisestä. Ne tukahduttavat myös tietyt vuorovaikutukset, jotka eivät ole sopivia proteiinien välillä, jotta varmistetaan niiden oikea laskostuminen.

Kun väliaineen lämpötila nousee, nämä proteiinit lisäävät niiden konsentraatiota ja estävät muiden proteiinien denaturoitumisen. Siksi niitä kutsutaan myös "lämpö sokkiproteiineiksi" tai HSP: ksi (Heat Shock Proteins).

Chaperoniinit ovat samanlaisia ​​kuin häkki tai tynnyri, joka suojaa kiinnostuksen kohteena olevaa proteiinia sisällä.

Nämä proteiinit, jotka reagoivat solun stressitilanteisiin, on raportoitu elävien organismien eri ryhmissä ja ovat erittäin konservoituneita. Chaperoniiniluokkia on erilaisia ​​ja ne luokitellaan molekyylipainonsa perusteella.

Viitteet

1. Campbell, NA, ja Reece, JB (2007). Biologia. Panamerican Medical Ed.
2. Devlin, TM (2004). Biokemia: kliinisiin sovelluksiin liittyvä oppikirja. Käänsin.
3. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemia: teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.
4. Melo, V., Ruiz, VM, ja Cuamatzi, O. (2007). Metabolisten prosessien biokemia. Reverte.
5. Pacheco, D., ja Leal, DP (2004). Lääketieteellinen biokemia. Toimituksellinen Limusa.
6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., ja Tapia, R. (1988). Biokemia. Toimituksellinen Limusa.
7. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Elämä: Biologian tiede. Panamerican Medical Ed.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Johdatus mikrobiologiaan. Panamerican Medical Ed.
9. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Biokemian perusteet. Panamerican Medical Ed.