Denaturacija beljakovin Dejavniki, ki povzročajo in posledice



The denaturacija proteinov Sestavljen je iz izgube tridimenzionalne strukture z različnimi okoljskimi dejavniki, kot so temperatura, pH ali nekatera kemična sredstva. Izguba strukture povzroči izgubo biološke funkcije, povezane s to beljakovino, pa naj bo to med drugim encimska, strukturna, transportna..

Struktura beljakovin je zelo občutljiva na spremembe. Destabilizacija enega samega mostu bistvenega vodika lahko denaturira protein. Na enak način obstajajo tudi interakcije, ki niso nujno potrebne za izpolnjevanje funkcije beljakovin, in v primeru destabilizacije ne vpliva na delovanje..

Indeks

  • 1 Struktura beljakovin
    • 1.1 Primarna struktura
    • 1.2 Sekundarna struktura
    • 1.3 Terciarna struktura
    • 1.4 Kvartarna struktura
  • 2 Dejavniki, ki povzročajo denaturacijo
    • 2.1 pH
    • 2.2 Temperatura
    • 2.3 Kemične snovi
    • 2.4 Reduciranje sredstev
  • 3 Posledice
    • 3.1 Preoblikovanje
  • 4 proteinske proteine
  • 5 Reference

Struktura beljakovin

Da bi razumeli procese denaturacije beljakovin, moramo vedeti, kako so organizirane beljakovine. Ti predstavljajo primarno, sekundarno, terciarno in kvartarno strukturo.

Primarna struktura

To je zaporedje aminokislin, ki sestavljajo navedeno beljakovino. Aminokisline so temeljni gradniki teh biomolekul in obstaja 20 različnih vrst, od katerih ima vsaka fizikalne in kemijske lastnosti. Združeni so s pomočjo peptidne vezi.

Sekundarna struktura

V tej strukturi se ta linearna veriga aminokislin začne z vodikovimi vezmi zožiti. Obstajata dve osnovni sekundarni strukturi: vijačnica α, spiralna oblika; in zložen list β, ko sta dve linearni verigi vzporedno poravnani.

Terciarna struktura

Vključuje druge vrste sil, ki povzročajo specifično zlaganje tridimenzionalne oblike.

R verige aminokislinskih ostankov, ki sestavljajo strukturo proteina, lahko tvorijo disulfidne mostove in hidrofobni deli proteinov so združeni v notranjosti, medtem ko so hidrofilni deli obrnjeni proti vodi. Van der Waalsove sile delujejo kot stabilizator opisanih interakcij.

Kvartarna struktura

Sestoji iz agregatov beljakovinskih enot.

Ko je beljakovina denaturirana, izgubi kvartarno, terciarno in sekundarno strukturo, primarni pa ostane nedotaknjena. Proteini, ki so bogati z disulfidnimi vezmi (terciarna struktura), dajejo večjo odpornost na denaturacijo.

Dejavniki, ki povzročajo denaturacijo

Vsak faktor, ki destabilizira nekovalentne vezi, odgovorne za vzdrževanje nativne strukture proteina, lahko povzroči njegovo denaturacijo. Med najpomembnejšimi lahko omenimo:

pH

Pri zelo ekstremnih pH vrednostih, bodisi kislih ali bazičnih, lahko protein izgubi tridimenzionalno konfiguracijo. Presežek ionov H+ in OH- v sredini destabilizira interakcije beljakovin.

Ta sprememba v vzorcu ionov povzroča denaturacijo. Denaturacija s pH je v nekaterih primerih reverzibilna, v drugih pa nepovratna.

Temperatura

Termična denaturacija se pojavi, ko se temperatura poveča. V organizmih, ki živijo v povprečnih okoljskih pogojih, beljakovine začnejo destabilizirati pri temperaturah nad 40 ° C. Jasno je, da lahko beljakovine termofilnih organizmov prenesejo ta temperaturna območja.

Povečanje temperature povzroči povečanje molekularnih gibanj, ki vplivajo na vodikove vezi in druge nekovalentne vezi, kar povzroči izgubo terciarne strukture..

Ta povišanja temperature vodijo do zmanjšanja hitrosti reakcije, če govorimo o encimih.

Kemične snovi

Polarne snovi, kot je urea, v visokih koncentracijah vplivajo na vodikove vezi. Tudi nepolarne snovi imajo lahko podobne posledice.

Detergenti lahko destabilizirajo tudi strukturo beljakovin; vendar ni agresiven proces in so večinoma reverzibilni.

Reducirna sredstva

Cap-merkaptoetanol (HOCH2CH2SH) je kemijsko sredstvo, ki se pogosto uporablja v laboratoriju za denaturiranje beljakovin. Odgovorna je za zmanjšanje disulfidnih mostov med aminokislinskimi ostanki. Lahko destabilizira terciarno ali kvartarno strukturo proteina.

Drug reducent s podobnimi funkcijami je ditiotreitol (DTT). Poleg tega so drugi dejavniki, ki prispevajo k izgubi nativne strukture v beljakovinah, težke kovine v visokih koncentracijah in ultravijolično sevanje.

Posledice

Ko pride do denaturacije, beljakovina izgubi svojo funkcijo. Beljakovine delujejo optimalno, ko so v svojem naravnem stanju.

Izguba funkcije ni vedno povezana z denaturacijskim postopkom. Majhna sprememba v strukturi beljakovin lahko povzroči izgubo funkcije brez destabilizacije celotne tridimenzionalne strukture.

Postopek je lahko nepopravljiv ali pa ne. V laboratoriju, če se pogoji obrnejo, se lahko protein vrne na svojo začetno konfiguracijo.

Preoblikovanje

Eden od najbolj znanih in dokončnih poskusov na renaturaciji je bil dokazan v Ribonukleazi A.

Ko so raziskovalci dodali denaturacijska sredstva, kot so sečnina ali β-merkaptoetanol, je bil protein denaturiran. Če so bila ta sredstva odstranjena, se je beljakovina vrnila v svojo nativno konformacijo in lahko opravlja svojo funkcijo z učinkovitostjo 100%..

Eden najpomembnejših zaključkov te raziskave je bil eksperimentalno dokazati, da je tridimenzionalna konformacija beljakovine podana z njeno primarno strukturo..

V nekaterih primerih je postopek denaturacije popolnoma nepopravljiv. Na primer, ko skuhamo jajce, ki ga apliciramo na beljakovine (glavni je albumin), ki ga naredi, bela prevzame trden, belkast videz. Intuitivno lahko sklepamo, da se, tudi če ga ohladimo, ne bo vrnila v svojo začetno obliko.

V večini primerov denaturacijski proces spremlja izguba topnosti. Prav tako zmanjšuje viskoznost, hitrost difuzije in lažje kristalizira.

Proteini Chaperone

Za preprečevanje denaturacije drugih beljakovin so odgovorni proteini ali chaperonini. Prav tako zavirajo nekatere interakcije, ki niso primerne med beljakovinami, da zagotovijo pravilno zlaganje istih.

Ko se temperatura medija poveča, te proteine ​​povečajo svojo koncentracijo in delujejo tako, da preprečijo denaturacijo drugih beljakovin. Zato se imenujejo tudi "proteini toplotnega šoka" ali HSP zaradi svoje kratice v angleščini (Beljakovine s toplotnim šokom).

Chaperonine so podobne kletki ali sodu, ki v svoji notranjosti varuje beljakovino, ki nas zanima. 

Ti proteini, ki se odzivajo na situacije celičnega stresa, so poročali v različnih skupinah živih organizmov in so zelo ohranjeni. Obstajajo različne vrste chaperoninov in so razvrščene glede na njihovo molekulsko maso.

Reference

  1. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologija. Ed Panamericana Medical.
  2. Devlin, T. M. (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Obrnil sem se.
  3. Koolman, J., in Röhm, K. H. (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Ed Panamericana Medical.
  4. Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Biokemija presnovnih procesov. Reverte.
  5. Pacheco, D., & Leal, D. P. (2004). Medicinska biokemija. Uvodnik Limusa.
  6. Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., in Tapia, R. (1988). Biokemija. Uvodnik Limusa.
  7. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Življenje: znanost o biologiji. Ed Panamericana Medical.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., in Case, C. L. (2007). Uvod v mikrobiologijo. Ed Panamericana Medical.
  9. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2007). Osnove biokemije. Ed Panamericana Medical.