Denatūruojant biomolekules, tokias kaip baltymai ir nukleorūgštys praranda savo biologinį aktyvumą dėl struktūrinių pokyčių. Tačiau pirminė biomolekulių struktūra išlieka nepakitusi. Organizme vyksta ir būtini, ir žalingi denatūracijos procesai.
Kas yra denatūracija?
Lauke skrandis, maisto denatūravimas baltymai atsiranda dėl įtakos skrandžio rūgštis. Denatūracija reiškia antrinės, tretinės ir ketvirtinės struktūros sunaikinimą baltymai ir nukleorūgštys dėl fizinės ir cheminės įtakos. Fizinė įtaka reiškia šilumą, slėgį arba didelės energijos spinduliuotę. Chemiškai denatūracijas sukelia rūgštys, šarmai, chaotropai, plovikliai, alkoholis ar kiti junginiai. Nepaisant šių struktūrinių pokyčių, pirminė struktūra išlieka nepakitusi. Pagrindinei struktūrai būdinga seka amino rūgštys baltymuose (baltymuose) arba azotas bazės in nukleorūgštys. Antrinė struktūra apibūdina biomolekulių lankstymąsi veikiant vandenilis obligacijos, polinės sąveika, joninės jungtys ir hidrofobinė sąveika. Išskyrus disulfidinių ryšių susidarymą tarp skirtingų sieraturintys amino rūgštys, kiti kovalentiniai ryšiai nekeičiami. Tretinėje struktūroje dėl sulankstymų biomolekulių grandinėje susidaro erdvinės struktūros. Ketvirtinė struktūra būdinga erdvinės struktūros formavimuisi su keliomis grandinėmis. Šiame procese baltymai ir nukleinas rūgštys plėtoti savo biologinį aktyvumą tik formuojant antrines, tretines ir ketvirtines struktūras. Denatūracija sunaikina šias struktūras, nutraukdama fizinius ryšius tarp atskirų atominių grupių ir cheminius ryšius disulfido grupėse. Nors pirminė struktūra išlieka, biologinis aktyvumas prarandamas. Denatūracija vyksta nuolat tiek kūno išorėje, tiek viduje. Tipiškas denatūracijos pavyzdys yra kiaušinio kietumas per virimo. Daugeliu atvejų denatūracijos yra negrįžtamos. Tačiau jie taip pat gali būti grįžtami.
Funkcija ir užduotis
Gyvūnų ir žmonių organizmuose nuolat vyksta denatūracijos. Pavyzdžiui, maisto baltymai pirmiausia turi būti paruošti cheminiam skaidymui į individą amino rūgštys. Tai neįmanoma be antrinių, tretinių ar ketvirtinių struktūrų virškinimo. Peptidazės gali tapti aktyvios tik išsiskleidus baltymų grandinei. Viduje konors skrandis, įtaka skrandžio rūgštis sukelia maisto baltymų denatūraciją. Peržengus skrandžio portalą, perdirbta maisto masė virškinamajam chemiškai skaidoma toliau fermentai (enzimai) kasos. Angliavandeniai, riebalai ir baltymai skirstomi į atitinkamus monomerus. Peptidazių įtakoje atskiras amino rūgštys susidaro iš denatūruotų maistinių baltymų, kurie organizme virsta endogeniniais baltymais. Denatūravimo agentas skrandis is skrandžio rūgštis, kurį daugiausia sudaro: vandenilio chlorido rūgštis. Tačiau skrandžio rūgštis skaido ne tik maisto baltymus. Tai taip pat sunaikina daugelį maistinių medžiagų patogenai juos denatūruodamas. Baltymų ir nukleorūgščių denatūravimas taip pat vaidina svarbų vaidmenį imuninėje gynyboje. Taigi svetimos baltymų dalelės (liga mikrobai) ir sergančias ar negyvas kūno ląsteles pasisavina ir ištirpina vadinamieji makrofagai. Jų virškinimas vyksta vadinamosiose lizosomose. Lizosomos yra ląstelių organeliai, kurie padedami skaido svetimas ir endogenines medžiagas fermentai (enzimai). Makrofaguose yra ypač daug lizosomų. Lizosomų viduje yra maža PH vertė (rūgštinė aplinka). Ten baltymai ir nukleorūgščių komponentai pirmiausia denatūruojami, o vėliau virškinami fermentai (enzimai). Be to, infekcijos metu dažnai būna padidėjusi temperatūra. Jeigu karščiavimas, net jautri liga mikrobai yra nužudomi dėl denatūracijos dėl šilumos poveikio. Lizosomų yra ne tik makrofaguose, bet ir visose kitose kūno ląstelėse, nes netinkamos naudoti atliekos ir baltymų komponentai turi būti suardomi kiekvienoje ląstelėje. Iki šiol aprašyti denatūracijos procesai yra gyvybiškai svarbūs organizmui.
Ligos ir negalavimai
Tačiau dėl denatūracijų, vykstančių organizme, taip pat yra patologinių procesų. Pavyzdžiui, infekcijų atveju karščiavimas nežudo mikrobai vien dėl to, kad ilgai trunkanti aukšta temperatūra taip pat gali sunaikinti paties organizmo baltymus. Tai ypač veikia labai jautrius fermentus. Jei kūno temperatūra ilgą laiką viršija 40 laipsnių, daugelis fermentų tampa neveiksmingi. Todėl labai aukštai karščiavimas turi potencialiai mirtiną poveikį organizmui. Tačiau jei aukšta temperatūra vėl nukrinta per šešias valandas, žala vis tiek yra grįžtama. Baltymų denatūracijas taip pat sukelia sunkiųjų metalų poveikis. Sunkieji metalai gali susidaryti kompleksai su baltymais. Tai keičia jų tretinę ir ketvirtinę struktūras. Vėlgi, fermentai yra ypač paveikti. Štai kodėl organizme kaupiasi sunkieji metalai vadovauti iki sunkių lėtinių ir kartais mirtinų ligų. Rūgštis arba šarmas nudegimai taip pat apima endogeninių baltymų denatūraciją oda. Pažeisto audinio mirtis inicijuoja uždegiminius procesus, kurie vadovauti iki niežėjimo ir stipraus oda reakcijos. Be to, nudegimai vadovauti endogeninių baltymų denatūravimui oda ir jungiamasis audinys. Medicinoje sunkus kraujavimas dažnai gydomas aukšto dažnio srove. Šiame procese audinio temperatūra trumpai pašildoma iki 80 laipsnių. Dėl to audinių baltymai ir jungiamasis audinys pluoštai koaguliuoja. Tai leidžia veiksmingai uždaryti žaizdą. Daugelis su amžiumi susijusių ligų taip pat siejamos su baltymų antrinės ir tretinės struktūros pokyčiais. Nors tokiais atvejais visiško denatūravimo neįvyksta, tačiau, be kita ko, tai nulemia ir susidaro plokštelės. Gerai žinomas pavyzdys yra senatvinės plokštelės Alzheimerio liga pacientai. Senatvinės plokštelės yra baltymų nuosėdos smegenys kad susidaro dėl sulankstymo tretinėje struktūroje. Tačiau šio proceso priežastys dar nėra žinomos. Be kita ko, įtaka aliuminis aptariami tau baltymo struktūriniai pokyčiai.
