Denaturacija

V Denaturacija Biomolekule, kot so beljakovine in nukleinske kisline, izgubijo svojo biološko aktivnost zaradi strukturnih sprememb. Primarna struktura biomolekul je ohranjena. V telesu obstajajo tako potrebni kot škodljivi procesi denaturacije.

Kaj je denaturacija?

Denaturacija se nanaša na uničenje sekundarne, terciarne in kvaternarne strukture proteinov in nukleinskih kislin s fizikalnimi in kemičnimi vplivi. Fizični vplivi predstavljajo toplotno, tlačno ali visokoenergijsko sevanje, kemično pa denaturacijo povzročajo kisline, alkalije, kaotropi, detergenti, alkohol ali druge spojine.

Kljub tem strukturnim spremembam se primarna struktura obdrži. Za primarno strukturo je značilno zaporedje aminokislin v beljakovinah ali dušikovih bazah v nukleinskih kislinah. Sekundarna struktura opisuje zlaganje biomolekul z vplivom vodikovih vezi, polarnih interakcij, ionskih vezi in hidrofobnih interakcij. Razen nastanka disulfidnih mostov med različnimi aminokislinami, ki vsebujejo žveplo, se ostale kovalentne vezi ne spreminjajo.

V terciarni strukturi se v biomolekularni verigi skozi gube tvorijo prostorske strukture. Za kvaternarno strukturo je značilna tvorba prostorske strukture z več verigami. Proteini in nukleinske kisline razvijajo svojo biološko aktivnost le s tvorbo sekundarne, terciarne in kvaternarne strukture.

V primeru denaturacije se te strukture uničijo z razpadom fizikalnih vezi med posameznimi atomskimi skupinami in kemično vezjo znotraj disulfidnih skupin. Čeprav se primarna struktura obdrži, se biološka aktivnost izgubi.

Denaturacije se nenehno odvijajo zunaj in znotraj telesa. Tipičen primer denaturacije je utrjevanje jajca med kuhanjem. Večina denaturacij je nepovratnih. Lahko pa so tudi reverzibilne.

Funkcija in naloga

Denaturacija se v živalskih in človeških organizmih nenehno dogaja. Prehrambene beljakovine je treba najprej pripraviti za kemično cepitev na posamezne aminokisline. To ni mogoče brez izpostavljenosti sekundarnih, terciarnih ali kvaternarnih struktur. Peptidaze lahko postanejo aktivne le, če se beljakovinska veriga razplete.

V želodcu vpliv želodčne kisline vodi v denaturacijo beljakovin v hrani. Po prehodu skozi vratarja pripravljeni kim se kemično razgradi s prebavnimi encimi trebušne slinavke. Ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine se razdelijo na ustrezne monomere. Denaturirani proteini hrane pod vplivom peptidaz proizvajajo posamezne aminokisline, ki jih telo pretvori v lastne beljakovine.

Sredstvo za denaturacijo v želodcu je želodčna kislina, ki je v veliki meri sestavljena iz klorovodikove kisline. Vendar pa želodčna kislina ne razgradi le beljakovin iz hrane. Prav tako uniči veliko patogenov, ki jih zaužije hrana s pomočjo denaturacije.

Denaturacija beljakovin in nukleinskih kislin ima pomembno vlogo tudi pri imunski obrambi. Tuji beljakovinski delci (kalčki) in obolele ali mrtve telesne celice absorbirajo in raztapljajo tako imenovani makrofagi. Njihova prebava poteka v tako imenovanih lizosomih.Lizosomi so celične organele, ki s pomočjo encimov razgrajujejo tuje in lastne snovi telesa. Makrofagi vsebujejo posebno veliko lizosomov. Znotraj lizosomov je nizka vrednost pH (kislo okolje). Tam se sestavine beljakovin in nukleinskih kislin najprej denaturirajo in nato razgradijo s prebavnimi encimi.

Poleg tega se med okužbo pogosto pojavijo povišane temperature. V primeru vročine občutljive mikrobe usmrtijo tudi z denaturacijo zaradi učinka toplote.

Lizosomi niso vsebovani samo v makrofagih, ampak tudi v vseh drugih telesnih celicah, saj je v vsaki celici treba prebaviti neuporabne odpadne produkte in beljakovinske komponente. Do sedaj opisani postopki denaturacije so vitalni za organizem.

Tu lahko najdete svoja zdravila

Bolezni in bolezni

Vendar pa obstajajo tudi patološki procesi v povezavi z denaturacijami, ki potekajo znotraj telesa. V primeru okužb zvišana telesna temperatura ne uniči samo mikrobov, saj lahko dolgotrajne visoke temperature uničijo tudi lastne beljakovine v telesu. To velja zlasti za zelo občutljive encime. Če telesna temperatura dlje časa presega 40 stopinj, mnogi encimi postanejo neučinkoviti. Zato je zelo visoka vročina za organizem potencialno usodna. Če pa se visoka temperatura v šestih urah spet spusti, je škoda še vedno reverzibilna.

Denaturacija beljakovin povzroča tudi vpliv težkih kovin. Težke kovine lahko tvorijo komplekse z beljakovinami. To spremeni njihovo terciarno in kvartarno strukturo. Tudi tukaj so posebej prizadeti encimi. Zato nabiranje težkih kovin v organizmu vodi do hudih kroničnih in včasih smrtnih bolezni.

V primeru kemičnih opeklin s kislinami ali bazami gre tudi za denaturacijo telesnih lastnih beljakovin v koži. Smrt prizadetega tkiva sproži vnetne procese, ki vodijo do srbenja in hudih kožnih reakcij. Poleg tega opekline vodijo v denaturacijo telesnih lastnih beljakovin v koži in vezivnem tkivu.

Močne krvavitve se v medicini pogosto zdravijo z visokofrekvenčno elektriko. Temperatura tkiva se na kratko segreje do 80 stopinj. Kot rezultat, tkivna beljakovina in vlakna vezivnega tkiva koagulirajo. Tako lahko rano učinkovito zapremo.

Številne bolezni starosti so povezane tudi s spremembami sekundarne in terciarne strukture proteinov. Čeprav v teh primerih ni popolne denaturacije, se med drugim pojavijo gube in plaki. Dobro poznan primer so senilni plaki pri Alzheimerjevih bolnikih. Senilni plaki so beljakovinske usedline v možganih, ki jih tvorijo gube v terciarni strukturi. Vzroki za ta postopek še niso znani. Govori se tudi o vplivu aluminija na strukturne spremembe rosnega proteina.