V denaturácii môžu byť biomolekuly ako napr proteíny a nukleové kyseliny stratia svoju biologickú aktivitu v dôsledku štrukturálnych zmien. Primárna štruktúra biomolekúl však zostáva nedotknutá. V tele prebiehajú nevyhnutné aj škodlivé procesy denaturácie.
Čo je denaturácia?
V žalúdok, denaturácia potravín proteíny nastáva vplyvom žalúdočnej kyseliny. Denaturácia označuje deštrukciu sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry proteíny a nukleové kyseliny fyzikálnymi a chemickými vplyvmi. Fyzikálne vplyvy predstavujú teplo, tlak alebo vysokoenergetické žiarenie. Chemicky sú denaturácie spôsobené kyselinyalkálie, chaotropy, čistiace prostriedky, alkohol alebo iné zlúčeniny. Napriek týmto štrukturálnym zmenám však primárna štruktúra zostáva nedotknutá. Primárna štruktúra je charakterizovaná postupnosťou aminokyseliny v bielkovinách (albumín) príp dusík základy in nukleové kyseliny. Sekundárna štruktúra popisuje skladanie biomolekúl prostredníctvom vplyvu vodík väzby, polárne interakcie, iónové väzby a hydrofóbne interakcie. Okrem tvorby disulfidových väzieb medzi rôznymi síra-obsahujúce aminokyseliny, ďalšie kovalentné väzby sa nemenia. V terciárnej štruktúre sa priestorové štruktúry vytvárajú v rámci biomolekulového reťazca vďaka ohybom. Kvartérna štruktúra je charakterizovaná tvorbou priestorovej štruktúry s viacerými reťazcami. V tomto procese proteíny a nukleové kyseliny rozvíjať svoju biologickú aktivitu iba tvorbou sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr. Denaturácia tieto štruktúry ničí narušením fyzických väzieb medzi jednotlivými atómovými skupinami a chemickými väzbami v disulfidových skupinách. Aj keď je primárna štruktúra zachovaná, biologická aktivita sa stráca. Denaturácia sa vyskytuje neustále vonku aj vo vnútri tela. Typickým príkladom denaturácie je tvrdosť vajíčka počas varenie. Denaturácie sú vo väčšine prípadov nezvratné. Môžu však byť aj reverzibilné.
Funkcia a úloha
Denaturácie sa vyskytujú neustále v živočíšnych a ľudských organizmoch. Napríklad bielkoviny v strave musia byť najskôr pripravené na chemický rozklad na jednotlivca aminokyseliny. To nie je možné bez trávenia sekundárnych, terciárnych alebo kvartérnych štruktúr. Peptidázy sa môžu stať aktívnymi až po rozvinutí proteínového reťazca. V žalúdok, vplyv žalúdočnej kyseliny spôsobuje denaturáciu potravinových bielkovín. Po prechode cez žalúdočný portál sa spracovaná potravinová buničina ďalej chemicky štiepi trávením enzýmy pankreasu. Sacharidysa tuky a bielkoviny štiepia na zodpovedajúce monoméry. Pod vplyvom peptidáz sa jednotlivé amino kyseliny sa tvoria z denaturovaných diétnych bielkovín, ktoré sa v tele premieňajú na endogénne bielkoviny. Agent na denaturáciu v žalúdok is žalúdočnej kyseliny, ktorý sa skladá hlavne z kyselina chlorovodíková. Žalúdočná kyselina však nerozkladá iba bielkoviny z potravy. Ničí tiež veľa potravín patogény ich denaturáciou. Dôležitú úlohu v imunitnej obrane hrá aj denaturácia bielkovín a nukleových kyselín. Teda cudzie bielkovinové častice (choroba klíčky) a choré alebo mŕtve bunky tela sú absorbované a rozpustené takzvanými makrofágmi. Ich trávenie prebieha v takzvaných lyzozómoch. Lyzozómy sú bunkové organely, ktoré pomocou štiepia cudzie a endogénne látky enzýmy. Makrofágy obsahujú obzvlášť veľké množstvo lyzozómov. Vo vnútri lyzozómov je nízka hodnota PH (kyslé prostredie). Tam sú bielkovinové a nukleové kyseliny najskôr denaturované a potom trávené trávením enzýmy. Počas infekcie sa navyše často vyskytujú zvýšené teploty. V prípade horúčka, dokonca aj citlivá choroba klíčky sú zabité denaturáciou v dôsledku pôsobenia tepla. Lyzozómy sú prítomné nielen v makrofágoch, ale aj vo všetkých ostatných bunkách tela, pretože nepoužiteľné odpadové látky a bielkovinové zložky musia byť trávené v každej bunke. Doteraz opísané procesy denaturácie sú pre organizmus životne dôležité.
Choroby a choroby
V súvislosti s denaturáciami, ktoré prebiehajú v tele, však existujú aj patologické procesy. V prípade infekcií napríklad horúčka nezabije klíčky sám, pretože dlhodobé vysoké teploty môžu tiež zničiť telu vlastné bielkoviny. To ovplyvňuje najmä veľmi citlivé enzýmy. Ak telesná teplota dlhší čas prekročí 40 stupňov, mnohé enzýmy sa stanú neúčinnými. Preto veľmi vysoká horúčka má potenciálne smrteľné účinky na organizmus. Ak však vysoká teplota do šiestich hodín opäť poklesne, poškodenie je stále reverzibilné. Denaturácie bielkovín spôsobujú aj účinky ťažkých kovov. Ťažké kovy môže vytvárať komplexy s bielkovinami. Tým sa menia ich terciárne a kvartérne štruktúry. Opäť sú obzvlášť ovplyvnené enzýmy. To je dôvod, prečo sa hromadenie ťažkých kovov v organizme viesť na ťažké chronické a niekedy smrteľné choroby. Kyselina alebo zásada popáleniny tiež zahŕňajú denaturáciu endogénnych proteínov v koža. Smrť postihnutého tkaniva iniciuje zápalové procesy, ktoré viesť na svrbenie a silné koža reakcie. Ďalej, popáleniny viesť na denaturáciu endogénnych proteínov koža a spojivové tkanivo. V medicíne sa závažné krvácanie často lieči vysokofrekvenčným prúdom. V tomto procese sa teplota tkaniva krátko zahreje až na 80 stupňov. Výsledkom je, že tkanivové bielkoviny a spojivové tkanivo vlákna koagulujú. To umožňuje efektívne uzavretie rany. Mnoho chorôb súvisiacich s vekom súvisí aj so zmenami v sekundárnej a terciárnej štruktúre bielkovín. Aj keď v týchto prípadoch nedochádza k úplnej denaturácii, vedie to, okrem iného, k opätovnému poskladaniu a tvorbe plakov. Známym príkladom sú senilné plaky v Alzheimerova choroba pacientov. Senilné plaky sú bielkovinové usadeniny v mozog ktoré sa tvoria v dôsledku zloženia v terciárnej štruktúre. Príčiny tohto procesu však zatiaľ nie sú známe. Okrem iného vplyv hliník pojednáva sa o štrukturálnych zmenách tau proteínu.
