denaturácia

V denaturácia Biomolekuly, ako sú proteíny a nukleové kyseliny, strácajú biologickú aktivitu v dôsledku štrukturálnych zmien. Primárna štruktúra biomolekúl sa však zachováva. V tele sú potrebné aj škodlivé procesy denaturácie.

Čo je denaturácia?

Denaturácia znamená deštrukciu sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry proteínov a nukleových kyselín fyzikálnymi a chemickými vplyvmi. Fyzikálne vplyvy predstavujú tepelné, tlakové alebo vysokoenergetické žiarenie, denaturácia je chemicky spôsobená kyselinami, zásadami, chaotropmi, čistiacimi prostriedkami, alkoholom alebo inými zlúčeninami.

Napriek týmto štrukturálnym zmenám je však primárna štruktúra zachovaná. Primárna štruktúra je charakterizovaná sekvenciou aminokyselín v proteínoch alebo dusíkatými bázami v nukleových kyselinách. Sekundárna štruktúra opisuje skladanie biomolekúl prostredníctvom vplyvu vodíkových väzieb, polárnych interakcií, iónových väzieb a hydrofóbnych interakcií. Okrem tvorby disulfidových mostíkov medzi rôznymi aminokyselinami obsahujúcimi síru sa ďalšie kovalentné väzby nezmenia.

V terciárnej štruktúre sa priestorové štruktúry tvoria v biomolekulárnom reťazci cez záhyby. Kvartérna štruktúra je charakterizovaná tvorbou priestorovej štruktúry s niekoľkými reťazcami. Proteíny a nukleové kyseliny vyvíjajú svoju biologickú aktivitu iba tvorbou sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry.

V prípade denaturácie sa tieto štruktúry ničia rozpustením fyzikálnych väzieb medzi jednotlivými atómovými skupinami a chemickou väzbou v disulfidových skupinách. Hoci je primárna štruktúra zachovaná, biologická aktivita je stratená.

Denaturácie prebiehajú neustále vonku aj vo vnútri tela. Typickým príkladom denaturácie je stvrdnutie vajíčka počas varenia. Väčšina denaturácií je nezvratných. Môžu však byť tiež reverzibilné.

Funkcia a úloha

Denaturácia prebieha neustále v živočíšnych a ľudských organizmoch. Potravinové proteíny sa musia najprv pripraviť na chemické rozdelenie na jednotlivé aminokyseliny. To nie je možné bez vystavenia sekundárnych, terciárnych alebo kvartérnych štruktúr. Peptidázy sa môžu stať aktívnymi iba vtedy, keď je rozvinutý proteínový reťazec.

V žalúdku vedie vplyv žalúdočnej kyseliny k denaturácii potravinových proteínov. Po prechode cez vrátnik sa pripravený chyme ďalej chemicky štiepi tráviacimi enzýmami pankreasu. Sacharidy, tuky a proteíny sa rozdeľujú na zodpovedajúce monoméry. Denaturované potravinové proteíny produkujú pod vplyvom peptidáz jednotlivé aminokyseliny, ktoré sa premieňajú na vlastné bielkoviny tela.

Činidlom na denaturáciu v žalúdku je kyselina žalúdočná, ktorá sa zväčša skladá z kyseliny chlorovodíkovej. Kyselina žalúdka však nerozkladá iba potravinové bielkoviny. Ničí tiež veľa patogénov, ktoré sú požité potravou denaturáciou.

Denaturácia proteínov a nukleových kyselín tiež hrá dôležitú úlohu v imunitnej obrane. Cudzie proteínové častice (choroboplodné zárodky) a choré alebo odumreté bunky sa absorbujú a rozpúšťajú tzv. Makrofágmi. K ich tráveniu dochádza v tzv. Lyzozómoch.Lyzozómy sú bunkové organely, ktoré štiepia cudzie látky a vlastné látky tela pomocou enzýmov. Makrofágy obsahujú zvlášť veľké množstvo lyzozómov. Vo vnútri lyzozómov je nízka hodnota pH (kyslé prostredie). Tam sú zložky proteínov a nukleových kyselín najskôr denaturované a potom štiepené tráviacimi enzýmami.

Okrem toho sa počas infekcie často vyskytujú zvýšené teploty. V prípade horúčky sa denaturáciou v dôsledku pôsobenia tepla usmrtia aj citlivé baktérie.

Lyzozómy sa nachádzajú nielen v makrofágoch, ale aj vo všetkých ostatných telesných bunkách, pretože v každej bunke sa musí stráviť nepoužiteľný odpad a proteínové zložky. Doteraz opísané denaturačné procesy sú pre organizmus životne dôležité.

Svoje lieky nájdete tu

Choroby a choroby

Existujú však aj patologické procesy v súvislosti s denaturáciami, ktoré prebiehajú v tele. V prípade infekcií horúčka nielen ničí baktérie, pretože dlhodobo vysoké teploty môžu tiež zničiť vlastné bielkoviny tela. Platí to najmä pre veľmi citlivé enzýmy. Ak telesná teplota dlhodobo prekročí 40 stupňov, mnoho enzýmov sa stane neúčinnými. Preto je veľmi vysoká horúčka pre organizmus potenciálne fatálna. Ak však vysoká teplota opäť klesne do šiestich hodín, poškodenie je stále reverzibilné.

Denaturácia proteínov je tiež spôsobená vplyvom ťažkých kovov. Ťažké kovy môžu tvoriť komplexy s proteínmi. To mení ich terciárne a kvartérne štruktúry. Aj tu sú zvlášť ovplyvnené enzýmy. Preto akumulácia ťažkých kovov v organizme vedie k závažným chronickým a niekedy smrteľným chorobám.

V prípade chemického popálenia kyselinami alebo zásadami je to tiež otázka denaturácie vlastných bielkovín tela v koži. Smrť postihnutého tkaniva iniciuje zápalové procesy, ktoré vedú k svrbeniu a závažným kožným reakciám. Popáleniny navyše vedú k denaturácii vlastných proteínov tela v koži a spojivovom tkanive.

Ťažké krvácanie sa v medicíne často lieči vysokofrekvenčnou elektrinou. Teplota tkaniva sa krátko zahreje na 80 stupňov. Výsledkom je koagulácia tkanivových bielkovín a spojivových tkanív. Ranu je možné účinne uzavrieť.

Mnohé choroby staroby sú tiež spojené so zmenami v sekundárnej a terciárnej štruktúre proteínov. Aj keď v týchto prípadoch nedochádza k úplnej denaturácii, vyskytujú sa okrem iného záhyby a plaky. Známym príkladom sú senilné plaky u pacientov s Alzheimerovou chorobou. Senilné plaky sú depozity proteínov v mozgu, ktoré sú tvorené záhybmi v terciárnej štruktúre. Príčiny tohto procesu však ešte nie sú známe. Diskutuje sa tiež o vplyve hliníka na štrukturálne zmeny rosného proteínu.