Denaturace

V Denaturace Biomolekuly, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny, ztrácejí biologickou aktivitu v důsledku strukturálních změn. Primární struktura biomolekul je však zachována. V těle jsou nutné i škodlivé procesy denaturace.

Co je denaturace?

Denaturace označuje destrukci sekundární, terciární a kvartérní struktury proteinů a nukleových kyselin fyzikálními a chemickými vlivy. Fyzikální vlivy představují tepelné, tlakové nebo vysokoenergetické záření, denaturace je chemicky způsobena kyselinami, louhy, chaotropy, detergenty, alkoholem nebo jinými sloučeninami.

I přes tyto strukturální změny je však primární struktura zachována. Primární struktura je charakterizována sekvencí aminokyselin v proteinech nebo dusíkatými bázemi v nukleových kyselinách. Sekundární struktura popisuje skládání biomolekul vlivem vodíkových vazeb, polárních interakcí, iontových vazeb a hydrofobních interakcí. Kromě tvorby disulfidových můstků mezi různými aminokyselinami obsahujícími síru se ostatní kovalentní vazby nemění.

V terciární struktuře se prostorové struktury vytvářejí uvnitř biomolekulárního řetězce skrz záhyby. Kvartérní struktura je charakterizována tvorbou prostorové struktury s několika řetězci. Proteiny a nukleové kyseliny rozvíjejí svou biologickou aktivitu pouze vytvořením sekundární, terciární a kvartérní struktury.

V případě denaturace jsou tyto struktury zničeny rozpuštěním fyzických vazeb mezi jednotlivými atomovými skupinami a chemickou vazbou v disulfidových skupinách. Přestože je primární struktura zachována, biologická aktivita je ztracena.

Denaturace neustále probíhají jak venku, tak uvnitř těla. Typickým příkladem denaturace je ztuhnutí vajíčka během vaření. Většina denaturací je nevratná. Mohou však být také reverzibilní.

Funkce a úkol

Denaturace probíhá neustále ve zvířecích a lidských organismech. Potravinové proteiny musí být nejprve připraveny pro chemické štěpení na jednotlivé aminokyseliny. To není možné bez expozice sekundárních, terciárních nebo kvartérních struktur. Peptidázy se mohou stát aktivními pouze tehdy, když je rozložen proteinový řetězec.

V žaludku vede vliv žaludeční kyseliny k denaturaci potravinových bílkovin. Po průchodu branou se připravený chym dále chemicky štěpí trávicími enzymy slinivky břišní. Sacharidy, tuky a bílkoviny se dělí na odpovídající monomery. Denaturované potravinové proteiny produkují pod vlivem peptidáz jednotlivé aminokyseliny, které se přeměňují na vlastní proteiny v těle.

Činidlem pro denaturaci v žaludku je žaludeční kyselina, která se z velké části skládá z kyseliny chlorovodíkové. Kyselina žaludeční však nerozkládá pouze potravinové proteiny. Zničuje také mnoho patogenů přijímaných potravou denaturací.

Denaturace proteinů a nukleových kyselin také hraje důležitou roli v imunitní obraně. Částice cizích bílkovin (choroboplodné zárodky) a nemocné nebo mrtvé tělesné buňky jsou absorbovány a rozpuštěny tzv. Makrofágy. K jejich trávení dochází v tzv. Lysozomech.Lysozomy jsou buněčné organely, které štěpí cizí látky a vlastní látky těla pomocí enzymů. Makrofágy obsahují zvláště velké množství lysosomů. Uvnitř lysozomů je nízká hodnota pH (kyselé prostředí). Tam jsou proteinové a nukleové kyseliny nejprve denaturovány a poté štěpeny trávicími enzymy.

Během infekce se navíc často vyskytují zvýšené teploty. V případě horečky jsou citlivé bakterie také usmrceny denaturací vlivem tepla.

Lysozomy nejsou obsaženy pouze v makrofázích, ale také ve všech ostatních tělesných buňkách, protože v každé buňce musí být stráveny nepoužitelné odpadní produkty a proteinové složky. Procesy denaturace popsané doposud jsou pro organismus životně důležité.

Zde najdete své léky

Nemoci a nemoci

Existují však také patologické procesy v souvislosti s denaturacemi, které probíhají v těle. V případě infekcí horečka nejen ničí bakterie, protože dlouhodobě vysoké teploty mohou také zničit vlastní bílkoviny těla. To se týká zejména velmi citlivých enzymů. Pokud tělesná teplota po delší dobu přesáhne 40 stupňů, stane se mnoho enzymů neúčinnými. Proto je velmi vysoká horečka pro organismus fatální. Pokud však vysoká teplota opět klesne do šesti hodin, poškození je stále reverzibilní.

Denaturace proteinů je také způsobena vlivem těžkých kovů. Těžké kovy mohou tvořit komplexy s proteiny. Tím se mění jejich terciární a kvartérní struktura. I zde jsou zvláště ovlivněny enzymy. Hromadění těžkých kovů v organismu tedy vede k závažným chronickým a někdy fatálním onemocněním.

V případě chemických popálenin kyselinami nebo zásadami je to také otázka denaturace vlastních bílkovin v kůži. Smrt postižené tkáně iniciuje zánětlivé procesy, které vedou k svědění a závažným kožním reakcím. Kromě toho popáleniny vedou k denaturaci vlastních bílkovin těla v kůži a pojivové tkáni.

Těžké krvácení je v medicíně často léčeno vysokofrekvenční elektřinou. Teplota tkáně se krátce zahřeje na 80 stupňů. Výsledkem je koagulace tkáňových bílkovin a vláken pojivových tkání. Ránu tak lze účinně uzavřít.

Mnoho nemocí ve stáří je také spojeno se změnami sekundární a terciární struktury proteinů. Přestože v těchto případech nedochází k úplnému denaturaci, mimo jiné se objevují záhyby a plaky. Známým příkladem jsou senilní plaky u pacientů s Alzheimerovou chorobou. Senilní plaky jsou depozity proteinů v mozku, které jsou tvořeny záhyby v terciární struktuře. Příčiny tohoto procesu však dosud nejsou známy. Diskutován je také vliv hliníku na strukturální změny rosného proteinu.