U denaturaciji, biomolekule poput proteini i nukleinske kiseline gube svoju biološku aktivnost zbog strukturnih promjena. Međutim, primarna struktura biomolekula ostaje netaknuta. U tijelu postoje i neophodni i štetni procesi denaturacije.
Što je denaturacija?
u želudac, denaturacija hrane proteini nastaje uslijed utjecaja želučane kiseline. Denaturacija se odnosi na uništavanje sekundarne, tercijarne i kvartarne građevine proteini i nukleinske kiseline fizičkim i kemijskim utjecajima. Fizički utjecaji predstavljaju toplinu, tlak ili visokoenergetsko zračenje. Kemijski, denaturacije uzrokuju kiseline, lužine, kaotropi, deterdženti, alkohol ili drugih spojeva. Unatoč tim strukturnim promjenama, primarna struktura ostaje netaknuta. Primarnu strukturu karakterizira slijed aminokiseline u proteinima (bjelančevinama) ili dušik baze in nukleinske kiseline. Sekundarna struktura opisuje presavijanje biomolekula pod utjecajem vodik obveznice, polarne interakcije, ionske veze i hidrofobne interakcije. Osim stvaranja disulfidnih veza između različitih sumporkoji sadržava aminokiseline, ostale kovalentne veze se ne mijenjaju. U tercijarnoj strukturi, prostorne strukture nastaju unutar lanca biomolekula zbog nabora. Kvartarnu strukturu karakterizira formiranje prostorne strukture s više lanaca. U tom procesu proteini i nukleini kiseline svoju biološku aktivnost razvijaju samo stvaranjem sekundarnih, tercijarnih i kvartarnih struktura. Denaturacija uništava ove strukture razbijanjem fizičkih veza između pojedinih atomskih skupina i kemijskih veza unutar disulfidnih skupina. Iako se zadržava primarna struktura, biološka aktivnost se gubi. Denaturacija se neprestano događa i izvan i unutar tijela. Tipičan primjer denaturacije je tvrdoća jajašca tijekom kuhanje. U većini slučajeva denaturacije su nepovratne. Međutim, oni mogu biti i reverzibilni.
Funkcija i zadatak
Denaturacije se neprestano događaju u životinjskim i ljudskim organizmima. Na primjer, prehrambeni proteini moraju se prvo pripremiti za kemijsku razgradnju na pojedinca aminokiseline. To nije moguće bez probave sekundarnih, tercijarnih ili kvartarnih struktura. Peptidaze mogu postati aktivne tek kad se proteinski lanac rasklopi. U želudac, utjecaj želučane kiseline uzrokuje denaturaciju proteina u hrani. Nakon prolaska kroz želučani portal, prerađena pulpa hrane dalje se kemijski razgrađuje probavom enzimi gušterače. Ugljikohidrati, masti i proteini se razgrađuju u odgovarajuće monomere. Pod utjecajem peptidaza, pojedinačni amino kiseline nastaju od denaturiranih dijetalnih bjelančevina, koje se u tijelu pretvaraju u endogene bjelančevine. Sredstvo za denaturaciju u želudac is želučane kiseline, koji se uglavnom sastoji od klorovodična kiselina. Međutim, želučana kiselina ne razgrađuje samo bjelančevine u hrani. Također uništava mnoge dijelove koji se prenose hranom patogeni denaturirajući ih. Denaturacija proteina i nukleinskih kiselina također igra važnu ulogu u imunološkoj obrani. Dakle, strane proteinske čestice (bolest klice), a bolesne ili mrtve tjelesne stanice uzimaju i rastvaraju takozvani makrofagi. Njihova probava odvija se u takozvanim lizosomima. Lizosomi su organele stanica koje uz pomoć razgrađuju strane i endogene tvari enzimi. Makrofagi sadrže posebno velik broj lizosoma. Unutar lizosoma nalazi se niska vrijednost PH (kiselo okruženje). Tamo se komponente proteina i nukleinske kiseline prvo denaturiraju, a zatim probavljaju enzimi. Osim toga, povišene temperature često se javljaju tijekom infekcije. U slučaju groznica, čak i osjetljiva bolest klice usmrćeni su denaturacijom zbog utjecaja topline. Lizosomi nisu prisutni samo u makrofazima, već i u svim ostalim tjelesnim stanicama, jer se neupotrebljivi otpadni proizvodi i proteinske komponente moraju probaviti u svakoj stanici. Do sada opisani procesi denaturacije vitalni su za organizam.
Bolesti i tegobe
Međutim, u vezi s denaturacijama koje se odvijaju u tijelu, postoje i patološki procesi. U slučaju infekcija, na primjer, groznica ne ubija klice sam, jer dugotrajne visoke temperature također mogu uništiti vlastite bjelančevine u tijelu. To posebno utječe na vrlo osjetljive enzime. Ako tjelesna temperatura dulje vrijeme prelazi 40 stupnjeva, mnogi enzimi postaju neučinkoviti. Stoga, vrlo visoka groznica ima potencijalno smrtni učinak na organizam. Međutim, ako visoka temperatura ponovno padne u roku od šest sati, šteta je i dalje reverzibilna. Denaturacije proteina također uzrokuju učinci teških metala. Teški metali mogu tvoriti komplekse s proteinima. To mijenja njihove tercijarne i kvaterne strukture. Opet, enzimi su posebno pogođeni. Zbog toga se akumuliraju teški metali u organizmu dovesti do teških kroničnih i ponekad fatalnih bolesti. Kiselina ili lužina opekline također uključuju denaturaciju endogenih proteina u koža. Smrt zahvaćenog tkiva pokreće upalne procese koji dovesti do svrbeža i jakog koža reakcije. Nadalje, opekline dovesti do denaturacije endogenih proteina koža i vezivno tkivo. U medicini se jaka krvarenja često liječe visokofrekventnom strujom. U tom se procesu temperatura tkiva kratko zagrije do 80 stupnjeva. Kao rezultat, proteini tkiva i vezivno tkivo vlakna se zgrušavaju. To omogućuje učinkovito zatvaranje rane. Mnoge dobne bolesti povezane su i s promjenama u sekundarnoj i tercijarnoj strukturi proteina. Iako se u tim slučajevima ne događa potpuna denaturacija, ona rezultira, između ostalog, ponovnim preklapanjem i stvaranjem plaka. Poznati primjer su senilne pločice u Alzheimerova bolesnika. Senilni plakovi su naslage proteina u mozak koji nastaju kao rezultat nabora u tercijarnoj strukturi. Međutim, uzroci ovog postupka još nisu poznati. Između ostalog, utjecaj aluminijum o strukturnim promjenama tau proteina.
