Baltymų denatūracija: veiksniai, sukeliantys jį ir pasekmes

Baltymų denatūravimas susideda iš trimatės struktūros praradimo pagal skirtingus aplinkos veiksnius, tokius kaip temperatūra, pH arba tam tikri cheminiai veiksniai. Dėl struktūros praradimo, be kita ko, prarandama biologinė funkcija, susijusi su tuo baltymu, nesvarbu, ar tai yra fermentinis, struktūrinis, ar transporteris.

Baltymų struktūra yra labai jautri pokyčiams. Vieno esminio vandenilio tilto destabilizavimas gali denatūruoti baltymą. Taip pat yra sąveikos, kurios nėra griežtai būtinos, kad atitiktų baltymų funkciją, o destabilizavimo atveju jis neturi įtakos veikimui.

Baltymų struktūra

Norint suprasti baltymų denatūracijos procesus, turime žinoti, kaip organizuojami baltymai. Tai yra pirminė, antrinė, tretinė ir ketvirtinė struktūra.

Pirminė struktūra

Tai yra aminorūgščių, sudarančių minėtą baltymą, seka. Aminorūgštys yra pagrindinės šių biomolekulių sudedamosios dalys ir yra 20 skirtingų tipų, kurių kiekviena pasižymi ypatingomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Jie susieti peptidiniu ryšiu.

Antrinė struktūra

Šioje struktūroje ši linijinė aminorūgščių grandinė pradeda kristi vandenilio jungtimis. Yra dvi pagrindinės antrinės struktūros: spiralė α, spiralinė; ir sulankstytas lapas β, kai dvi linijinės grandinės yra lygiagrečios.

Tretinė struktūra

Susideda iš kitų tipų jėgų, dėl kurių atsiranda specifinė trimatės formos sulankstymas.

Aminorūgščių liekanų, sudarančių baltymo struktūrą, R grandinės gali sudaryti disulfidinius tiltus, o hidrofobinės baltymų dalys yra sugrupuotos, o hidrofilinės dalys - vandeniui. Van der Waals jėgos veikia kaip aprašytos sąveikos stabilizatorius.

Ketvirtinė struktūra

Jį sudaro baltymų vienetų agregatai.

Kai baltymas denatūruojamas, jis praranda ketvirtinę, tretinę ir antrinę struktūrą, o pirminis - nepažeistas. Baltymai, turintys daug disulfidinių jungčių (tretinė struktūra), užtikrina didesnį atsparumą denatūravimui.

Veiksniai, sukeliantys denatūraciją

Bet koks veiksnys, destabilizuojantis ne kovalentinius ryšius, atsakingus už natūralios baltymo struktūros palaikymą, gali sukelti jo denatūraciją. Tarp svarbiausių galime paminėti:

pH

Labai ekstremaliomis pH reikšmėmis, tiek rūgštinėmis, tiek bazinėmis terpėmis, baltymas gali prarasti savo trimatę konfigūraciją. H + ir OH- jonų perteklius terpėje destabilizuoja baltymų sąveiką.

Šis jonų modelio pokytis sukuria denatūraciją. Kai kuriais atvejais denatūravimas pH gali būti grįžtamas, o kitose - negrįžtamas.

Temperatūra

Terminis denatūravimas atsiranda, kai temperatūra pakyla. Organizmuose, kuriuose gyvena vidutinės aplinkos sąlygos, baltymai pradeda destabilizuoti esant aukštesnei nei 40 ° C temperatūrai. Akivaizdu, kad termofilinių organizmų baltymai gali atlaikyti šiuos temperatūros intervalus.

Temperatūros padidėjimas lemia padidėjusius molekulinius judesius, kurie daro įtaką vandenilio jungtims ir kitoms nekovalentinėms jungtims, todėl prarandama tretinė struktūra.

Dėl to, kad mes kalbame apie fermentus, sumažėja reakcijos greitis.

Cheminės medžiagos

Poliarinės medžiagos, tokios kaip karbamidas, didelėse koncentracijose veikia vandenilio jungtis. Panašiai ir netarinės medžiagos gali turėti panašių pasekmių.

Plovikliai taip pat gali destabilizuoti baltymų struktūrą; tačiau tai nėra agresyvus procesas ir jie dažniausiai yra grįžtami.

Reduktoriai

Β-merkaptoetanolis (HOCH2CH2SH) yra cheminis agentas, dažnai naudojamas laboratorijoje denatūruoti baltymus. Jis yra atsakingas už disulfido tiltų mažinimą tarp aminorūgščių liekanų. Jis gali destabilizuoti tretinį ar ketvirtinį baltymo struktūrą.

Kitas redukuojantis agentas su panašiomis funkcijomis yra ditiotreitolis (DTT). Be to, kiti veiksniai, padedantys prarasti natūralią baltymų struktūrą, yra sunkieji metalai didelėje koncentracijoje ir ultravioletinė spinduliuotė.

Pasekmės

Kai vyksta denatūravimas, baltymas praranda savo funkciją. Baltymai veikia optimaliai, kai jie yra gimtojoje šalyje.

Funkcijos praradimas ne visada susijęs su denatūravimo procesu. Nedidelis baltymų struktūros pokytis gali lemti funkcijos praradimą, nesugadinant visos trimatės struktūros.

Šis procesas gali būti negrįžtamas. Laboratorijoje, jei sąlygos pasikeičia, baltymas gali grįžti į pradinę konfigūraciją.

Renatavimas

Vienas iš labiausiai žinomų ir įtikinamų eksperimentų su renaturacija buvo įrodyta ribonukleaze A.

Kai tyrėjai pridėjo denatūruojančių medžiagų, tokių kaip karbamidas arba β-merkaptoetanolis, baltymas buvo denatūruotas. Jei šie agentai buvo pašalinti, baltymas grįžo į savo natūralią konformaciją ir galėjo atlikti savo funkciją 100% efektyvumu.

Viena iš svarbiausių šio tyrimo išvadų buvo eksperimentiškai įrodyti, kad baltymų trimatė konformacija yra nustatoma pagal jos pirminę struktūrą.

Kai kuriais atvejais denatūravimo procesas yra visiškai negrįžtamas. Pavyzdžiui, kai gaminame kiaušinį, mes naudojame šilumą baltymams (pagrindiniams - albuminams), kurie jį sudaro, balta spalva tampa kieta, balta. Intuityviai galime daryti išvadą, kad net jei atvėsime, jis nepradės grįžti į pradinę formą.

Daugeliu atvejų denatūravimo procesą lydi tirpumo praradimas. Jis taip pat sumažina klampumą, difuzijos greitį ir lengviau kristalizuojasi.

Chaperono baltymai

Chaperono arba chaperonino baltymai yra atsakingi už kitų baltymų denatūravimo prevenciją. Jie taip pat slopina tam tikras sąveikas, kurios nėra tinkamos tarp baltymų, kad būtų užtikrintas teisingas tos pačios sulankstymas.

Kai terpės temperatūra pakyla, šie baltymai padidina jų koncentraciją ir veikia neleidžiant kitų baltymų denatūracijai. Štai kodėl jie taip pat vadinami „šilumos šoko proteinais“ arba HSP savo akronimu anglų kalba („Heat Shock Proteins“ ).

Chaperoninai yra analogiški narvei ar statiniui, kuris apsaugo dominuojantį baltymą.

Šie baltymai, reaguojantys į ląstelių streso situacijas, buvo aprašyti įvairiose gyvų organizmų grupėse ir yra labai konservuoti. Yra įvairių rūšių chaperoninų ir jie klasifikuojami pagal jų molekulinę masę.