Ved denaturering er biomolekyler som proteiner og nukleinsyrer mister sin biologiske aktivitet på grunn av strukturelle endringer. Imidlertid forblir den primære strukturen til biomolekyler intakt. I kroppen er det både nødvendige og skadelige denatureringsprosesser.
Hva er denaturering?
på mage, denaturering av mat proteiner oppstår på grunn av påvirkning av magesyre. Denaturering refererer til ødeleggelsen av den sekundære, tertiære og kvaternære strukturen til proteiner og nukleinsyrer av fysiske og kjemiske påvirkninger. Fysisk påvirkning representerer varme, trykk eller høyenergistråling. Kjemisk er denatureringer forårsaket av syrer, alkalier, kaotroper, vaskemidler, alkohol eller andre forbindelser. Til tross for disse strukturendringene forblir den primære strukturen intakt. Den primære strukturen er preget av sekvensen av aminosyrer i proteiner (albumen) eller nitrogen baser in nukleinsyrer. Den sekundære strukturen beskriver folding av biomolekyler gjennom påvirkning av hydrogen obligasjoner, polar interaksjoner, ioniske bindinger og hydrofobe interaksjoner. Bortsett fra dannelsen av disulfidbindinger mellom forskjellige svovel-inneholder aminosyrer, de andre kovalente bindingene endres ikke. I tertiærstrukturen dannes romlige strukturer i en biomolekylkjede på grunn av foldingene. Den kvartære strukturen er preget av den romlige strukturdannelsen med flere kjeder. I denne prosessen, proteiner og nukleinsyre syrer utvikle deres biologiske aktivitet bare gjennom dannelsen av de sekundære, tertiære og kvartære strukturer. Denaturering ødelegger disse strukturene ved å bryte de fysiske bindingene mellom de enkelte atomgruppene og de kjemiske bindingene i disulfidgruppene. Selv om den primære strukturen beholdes, går biologisk aktivitet tapt. Denaturering skjer konstant både utenfor og i kroppen. Et typisk eksempel på denaturering er hardheten til egget under matlaging. I de fleste tilfeller er denatureringer irreversible. Imidlertid kan de også være reversible.
Funksjon og oppgave
Denatureringer forekommer konstant i dyre- og menneskeorganismer. For eksempel må diettproteiner først forberedes for kjemisk nedbrytning i individet aminosyrer. Dette er ikke mulig uten fordøyelse av sekundære, tertiære eller kvartære strukturer. Peptidasene kan bare bli aktive når proteinkjeden har blitt brettet ut. I mage, påvirkningen av magesyre forårsaker denaturering av matproteinene. Etter å ha passert gjennom mageportalen brytes den bearbeidede matmassen videre kjemisk ned av fordøyelsessystemet enzymer av bukspyttkjertelen. karbohydrater, fett og proteiner brytes ned i deres tilsvarende monomerer. Under påvirkning av peptidaser, den enkelte amino syrer dannes av denaturerte diettproteiner, som omdannes til endogene proteiner i kroppen. Agent for denaturering i mage is magesyre, som hovedsakelig består av saltsyre. Imidlertid bryter magesyre ikke bare ned matproteiner. Det ødelegger også mange av de matbårne patogener ved å denaturere dem. Denaturering av proteiner og nukleinsyrer spiller også en viktig rolle i immunforsvaret. Dermed fremmede proteinpartikler (sykdom bakterier) og syke eller døde kroppsceller blir tatt opp og oppløst av såkalte makrofager. Fordøyelsen deres foregår i de såkalte lysosomene. Lysosomer er celleorganeller som bryter ned fremmede og endogene stoffer ved hjelp av enzymer. Makrofager inneholder et spesielt stort antall lysosomer. Inne i lysosomene er det en lav PH-verdi (surt miljø). Der blir proteiner og nukleinsyrekomponenter denaturert og fordøyd av fordøyelsen enzymer. I tillegg oppstår ofte forhøyede temperaturer under en infeksjon. I tilfelle av feber, til og med følsom sykdom bakterier blir drept av denaturering på grunn av effekten av varme. Lysosomer er ikke bare til stede i makrofager, men også i alle andre kroppsceller, fordi ubrukelige avfallsprodukter og proteinkomponenter må fordøyes i hver celle. Denatureringsprosessene som er beskrevet hittil er avgjørende for organismen.
Sykdommer og plager
I forbindelse med denatureringer som foregår i kroppen, er det imidlertid også patologiske prosesser. I tilfelle infeksjoner, for eksempel feber dreper ikke bakterier alene, fordi langvarige høye temperaturer også kan ødelegge kroppens egne proteiner. Dette påvirker spesielt de veldig følsomme enzymene. Hvis kroppstemperaturen overstiger 40 grader i lang tid, blir mange enzymer ineffektive. Derfor veldig høyt feber virker potensielt dødelig på organismen. Imidlertid, hvis den høye temperaturen synker igjen innen seks timer, er skaden fortsatt reversibel. Denatureringer av proteiner er også forårsaket av tungmetalleffekter. Tungmetaller kan danne komplekser med proteiner. Dette endrer deres tertiære og kvartære strukturer. Igjen er enzymer spesielt påvirket. Dette er grunnen til at tungmetall akkumuleres i organismen føre til alvorlige kroniske og noen ganger dødelige sykdommer. Syre eller alkali brannskader involverer også denaturering av endogene proteiner i hud. Død av det berørte vevet initierer inflammatoriske prosesser som føre til kløe og alvorlig hud reaksjoner. Dessuten, brannskader føre til denaturering av endogene proteiner i hud og bindevev. I medisin blir alvorlig blødning ofte behandlet med høyfrekvent strøm. I denne prosessen blir vevstemperaturen kort oppvarmet til 80 grader. Som et resultat, vevsproteiner og bindevev fibre koagulerer. Dette gjør at såret kan lukkes effektivt. Mange aldersrelaterte sykdommer er også forbundet med endringer i proteinenes sekundære og tertiære struktur. Selv om fullstendig denaturering ikke forekommer i disse tilfellene, resulterer det i blant annet gjenfolding og dannelse av plaketter. Et kjent eksempel er senile plaketter i Alzheimers pasienter. Senile plaketter er proteinforekomster i hjerne som dannes som et resultat av folding i tertiærstrukturen. Årsakene til denne prosessen er imidlertid ikke kjent ennå. Blant annet en innflytelse av aluminium om strukturelle endringer av tau-proteinet blir diskutert.
