Denaturáláskor olyan biomolekulák, mint pl fehérjék és a nukleinsavak a szerkezeti változások miatt elveszítik biológiai aktivitásukat. A biomolekulák elsődleges szerkezete azonban érintetlen marad. A szervezetben mind szükséges, mind káros denaturációs folyamatok zajlanak.
Mi a denaturálás?
A gyomor, az élelmiszerek denaturálása fehérjék hatása miatt következik be gyomorsav. A denaturáció a szekunder, tercier és kvaterner struktúra megsemmisítésére utal fehérjék és a nukleinsavak fizikai és kémiai hatások által. A fizikai hatások hő, nyomás vagy nagy energiájú sugárzást jelentenek. Kémiailag a denaturációkat az okozza savak, lúgok, kaotropok, mosószerek, alkohol vagy más vegyületek. E strukturális változások ellenére azonban az elsődleges szerkezet érintetlen marad. Az elsődleges szerkezetet a sorrend jellemzi aminosavak fehérjékben (albumen) vagy nitrogén bázisok in nukleinsavak. A másodlagos szerkezet leírja a biomolekulák hajtogatását a hidrogén kötések, sarki kölcsönhatások, ionos kötések és hidrofób kölcsönhatások. Kivéve a diszulfidkötések kialakulását a különböző csoportok között kén-tartalmú aminosavak, a többi kovalens kötés nem változik. A harmadlagos struktúrában a hajtások miatt a biomolekulán belül térszerkezetek alakulnak ki. A kvaterner szerkezetet a többláncú térszerkezet-képződés jellemzi. Ebben a folyamatban fehérjék és nukleinsavak savak biológiai aktivitásukat csak a szekunder, a tercier és a kvaterner struktúra kialakításával fejleszthetik. A denaturáció elpusztítja ezeket a szerkezeteket azáltal, hogy megszakítja az egyes atomcsoportok közötti fizikai kötéseket és a diszulfidcsoportok kémiai kötéseit. Bár az elsődleges szerkezet megmarad, a biológiai aktivitás elvész. A denaturáció folyamatosan történik a testen kívül és belül is. A denaturáció tipikus példája a tojás keménysége főzés. A denaturációk a legtöbb esetben visszafordíthatatlanok. Ezek azonban visszafordíthatók is lehetnek.
Funkció és feladat
Az állatok és az emberi organizmusokban folyamatosan denaturálódnak. Például az étkezési fehérjéket először elő kell készíteni az egyénre történő kémiai lebontásra aminosavak. Ez nem lehetséges a szekunder, tercier vagy kvaterner struktúrák emésztése nélkül. A peptidázok csak akkor válhatnak aktívvá, ha a fehérje lánc kibontakozik. Ban,-ben gyomor, befolyása gyomorsav az ételfehérjék denaturálódását okozza. A gyomor portálon való áthaladás után a feldolgozott élelmiszerpépet az emésztő további kémiailag lebontja enzimek a hasnyálmirigy. Szénhidrát, a zsírokat és fehérjéket a megfelelő monomerekre bontják. A peptidázok hatása alatt az egyes amino savak denaturált táplálékfehérjékből képződnek, amelyek a szervezetben endogén fehérjékké alakulnak át. A denaturáció ügynöke a gyomor is gyomorsav, amely főleg a sósav. A gyomorsav azonban nemcsak az élelmiszerfehérjéket bontja le. Az élelmiszer által szállítottakat is elpusztítja kórokozók denaturálva őket. A fehérjék és a nukleinsavak denaturálása szintén fontos szerepet játszik az immunvédelemben. Így idegen fehérje részecskék (betegség csíra) és a beteg vagy elhalt testsejteket úgynevezett makrofágok veszik fel és oldják fel. Emésztésük az úgynevezett lizoszómákban zajlik. A lizoszómák olyan sejtorganellumok, amelyek idegen és endogén anyagokat bontanak le enzimek. A makrofágok különösen sok lizoszómát tartalmaznak. A lizoszómákon belül alacsony a pH-érték (savas környezet). Ott a fehérje és a nukleinsav komponenseket először denaturálják, majd emésztéssel emésztik enzimek. Ezenkívül a fertőzés során gyakran megemelkedik a hőmérséklet. Abban az esetben láz, sőt érzékeny betegség csíra hő hatására denaturációval elpusztulnak. A lizoszómák nemcsak a makrofágokban vannak jelen, hanem az összes többi testsejtben is, mert a használhatatlan salakanyagokat és a fehérje komponenseket minden sejtben meg kell emészteni. Az eddig leírt denaturációs folyamatok létfontosságúak a szervezet számára.
Betegségek és betegségek
A testen belüli denaturációkkal kapcsolatban azonban kóros folyamatok is vannak. Például fertőzések esetén a láz nem öl csíra egyedül, mert a tartósan magas hőmérséklet a szervezet saját fehérjéit is tönkreteheti. Ez különösen a nagyon érzékeny enzimekre hat. Ha a testhőmérséklet hosszú ideig meghaladja a 40 fokot, sok enzim hatástalanná válik. Ezért nagyon magas láz potenciálisan végzetes hatással van a szervezetre. Ha azonban a magas hőmérséklet hat órán belül ismét csökken, a kár továbbra is visszafordítható. A fehérjék denaturációját a nehézfém hatások is okozzák. Nehéz fémek fehérjékkel komplexeket képezhet. Ez megváltoztatja harmadlagos és kvaterner struktúrájukat. Ismét az enzimeket érinti különösen. Ezért halmozódnak fel a nehézfémek a szervezetben vezet súlyos krónikus és néha halálos betegségekig. Sav vagy lúg égések magában foglalja az endogén fehérjék denaturálását is bőr. Az érintett szövet halála gyulladásos folyamatokat indít el, amelyek vezet viszketésig és súlyosig bőr reakciókat. Továbbá, égések vezet az endogén fehérjék denaturálására bőr és a kötőszöveti. Az orvostudományban a súlyos vérzést gyakran nagyfrekvenciás árammal kezelik. Ebben a folyamatban a szöveti hőmérsékletet rövid ideig 80 fokig melegítik. Ennek eredményeként a szöveti fehérjék és kötőszöveti rostok koagulálnak. Ez lehetővé teszi a seb hatékony lezárását. Számos, az életkorral összefüggő betegség összefügg a fehérjék szekunder és tercier struktúrájának változásával is. Bár teljes denaturáció ezekben az esetekben nem fordul elő, ez többek között visszahajtást és plakkok képződését eredményezi. Jól ismert példa a Alzheimer-kór betegek. A szenilis plakkok a fehérje lerakódások a agy az a forma a harmadlagos szerkezetbe való behajtás eredményeként. Ennek a folyamatnak az okai azonban még nem ismertek. Többek között a alumínium a tau fehérje szerkezeti változásairól.
