Při denaturaci biomolekuly jako Proteinů a nukleové kyseliny ztrácejí svou biologickou aktivitu v důsledku strukturálních změn. Primární struktura biomolekul však zůstává neporušená. V těle probíhají nezbytné i škodlivé procesy denaturace.
Co je denaturace?
v žaludek, denaturace potravin Proteinů nastává vlivem žaludeční kyselina. Denaturace označuje destrukci sekundární, terciární a kvartérní struktury Proteinů a nukleové kyseliny fyzikálními a chemickými vlivy. Fyzikální vlivy představují teplo, tlak nebo vysokoenergetické záření. Chemicky jsou denaturace způsobeny kyseliny, alkálie, chaotropy, čisticí prostředky, alkohol nebo jiné sloučeniny. Navzdory těmto strukturálním změnám však primární struktura zůstává nedotčena. Primární struktura je charakterizována posloupností aminokyseliny v bílkovinách (albumin) nebo dusík základy in nukleové kyseliny. Sekundární struktura popisuje skládání biomolekul vlivem vodík vazby, polární interakcí, iontové vazby a hydrofobní interakce. S výjimkou tvorby disulfidových vazeb mezi různými síra-obsahující aminokyseliny, ostatní kovalentní vazby se nezmění. V terciární struktuře se prostorové struktury vytvářejí v biomolekulárním řetězci díky ohybům. Kvartérní struktura je charakterizována formováním prostorové struktury s více řetězci. V tomto procesu proteiny a nukleové kyseliny rozvíjet svou biologickou aktivitu pouze vytvářením sekundárních, terciárních a kvartérních struktur. Denaturace tyto struktury ničí rozbitím fyzických vazeb mezi jednotlivými atomovými skupinami a chemickými vazbami uvnitř disulfidových skupin. I když je primární struktura zachována, biologická aktivita je ztracena. Denaturace probíhá neustále jak venku, tak uvnitř těla. Typickým příkladem denaturace je tvrdost vajíčka během vaření. Ve většině případů jsou denaturace nevratné. Mohou však být také reverzibilní.
Funkce a úkol
Denaturace probíhají neustále ve zvířecích a lidských organismech. Například dietní bílkoviny musí být nejprve připraveny na chemický rozklad na jednotlivce aminokyseliny. To není možné bez štěpení sekundárních, terciárních nebo kvartérních struktur. Peptidázy mohou být aktivní pouze tehdy, když je rozložen proteinový řetězec. V žaludek, vliv žaludeční kyselina způsobuje denaturaci potravinových bílkovin. Po průchodu žaludečním portálem se zpracovaná potravní buničina dále chemicky rozloží trávením enzymy slinivky břišní. sacharidyse tuky a bílkoviny rozkládají na odpovídající monomery. Pod vlivem peptidáz jednotlivé aminoskupiny kyseliny se tvoří z denaturovaných dietních proteinů, které se v těle přeměňují na endogenní proteiny. Agent pro denaturaci v EU žaludek is žaludeční kyselina, který se skládá hlavně z kyselina chlorovodíková. Žaludeční kyselina však nerozkládá pouze potravinářské bílkoviny. Také ničí mnoho potravin Patogenů jejich denaturací. Denaturace proteinů a nukleových kyselin hraje také důležitou roli v imunitní obraně. Tedy cizí proteinové částice (nemoc choroboplodné zárodky) a nemocné nebo mrtvé buňky těla jsou přijímány a rozpuštěny takzvanými makrofágy. Jejich trávení probíhá v takzvaných lysosomech. Lysosomy jsou buněčné organely, které pomocí štěpí cizí a endogenní látky enzymy. Makrofágy obsahují obzvláště velké množství lysozomů. Uvnitř lysozomů je nízká hodnota PH (kyselé prostředí). Zde jsou nejprve proteinové a nukleové kyseliny denaturovány a poté tráveny trávením enzymy. Během infekce se navíc často vyskytují zvýšené teploty. V případě horečka, dokonce i citlivá nemoc choroboplodné zárodky jsou zabiti denaturací vlivem tepla. Lysosomy jsou přítomny nejen v makrofágech, ale také ve všech ostatních tělesných buňkách, protože v každé buňce musí být tráveny nepoužitelné odpadní produkty a proteinové složky. Dosud popsané procesy denaturace jsou pro organismus životně důležité.
Nemoci a nemoci
V souvislosti s denaturacemi, které probíhají v těle, však existují i patologické procesy. V případě infekcí například horečka nezabije choroboplodné zárodky samostatně, protože dlouhodobé vysoké teploty mohou také zničit vlastní bílkoviny v těle. To ovlivňuje zejména velmi citlivé enzymy. Pokud tělesná teplota po delší dobu překročí 40 stupňů, mnoho enzymů bude neúčinných. Proto velmi vysoká horečka má potenciálně fatální účinek na organismus. Pokud však vysoká teplota během šesti hodin opět poklesne, poškození je stále reverzibilní. Denaturace bílkovin jsou také způsobeny účinky těžkých kovů. Těžké kovy může tvořit komplexy s bílkovinami. Tím se mění jejich terciární a kvartérní struktury. Opět jsou ovlivněny zejména enzymy. Proto se hromadí těžké kovy v organismu vést na těžká chronická a někdy smrtelná onemocnění. Kyselina nebo alkálie popáleniny také zahrnovat denaturaci endogenních proteinů v kůže. Smrt postižené tkáně iniciuje zánětlivé procesy vést svědění a těžké kůže reakce. Dále popáleniny vést k denaturaci endogenních proteinů kůže a pojivové tkáně. V medicíně je těžké krvácení často léčeno vysokofrekvenčním proudem. V tomto procesu se teplota tkáně krátce zahřeje až na 80 stupňů. Výsledkem je, že tkáňové proteiny a pojivové tkáně vlákna koagulují. To umožňuje efektivní uzavření rány. Mnoho nemocí souvisejících s věkem je také spojeno se změnami v sekundární a terciární struktuře proteinů. Přestože v těchto případech nedochází k úplné denaturaci, vede to mimo jiné k opětovnému složení a tvorbě plaků. Známým příkladem jsou senilní plaky v Alzheimerova choroba pacientů. Senilní plaky jsou bílkovinné usazeniny v mozek které se tvoří v důsledku skládání v terciární struktuře. Příčiny tohoto procesu však dosud nejsou známy. Mimo jiné vliv hliník pojednává o strukturálních změnách tau proteinu.
