denaturointi

vuonna denaturointi Biomolekyylit, kuten proteiinit ja nukleiinihapot, menettävät biologisen aktiivisuutensa rakenteellisten muutosten takia. Biomolekyylien primaarirakenne kuitenkin säilyy. Kehossa on sekä välttämättömiä että haitallisia denaturoitumisprosesseja.

Mikä on denaturointi?

Denaturoituminen tarkoittaa proteiinien ja nukleiinihappojen sekundaarisen, tertiäärisen ja kvaternäärisen rakenteen tuhoamista fysikaalisista ja kemiallisista vaikutuksista. Fysikaaliset vaikutukset edustavat lämmön, paineen tai korkean energian säteilyä. Kemiallisen denaturoitumisen aiheuttavat hapot, emäkset, kaotroopit, pesuaineet, alkoholi tai muut yhdisteet.

Näistä rakenteellisista muutoksista huolimatta ensisijainen rakenne kuitenkin säilyy. Primaariselle rakenteelle on ominaista proteiinien aminohappojen sekvenssi tai nukleiinihappojen typpiemäkset. Toissijainen rakenne kuvaa biomolekyylien laskostumista vety sidosten, polaaristen vuorovaikutusten, ionisten sidosten ja hydrofobisten vuorovaikutusten vaikutuksen kautta. Sen lisäksi, että muodostetaan disulfidisiltoja erilaisten rikkiä sisältävien aminohappojen välillä, muut kovalenttiset sidokset eivät muutu.

Tertiäärisessä rakenteessa spatiaaliset rakenteet muodostuvat biomolekyylisessä ketjussa laskosten läpi. Kvaternääriselle rakenteelle on tunnusomaista tilarakenteen muodostuminen, jossa on useita ketjuja. Proteiinit ja nukleiinihapot kehittävät biologista aktiivisuuttaan vain muodostamalla sekundaarinen, tertiäärinen ja kvaternäärinen rakenne.

Denaturoitumisen tapauksessa nämä rakenteet tuhoutuvat liuottamalla fysikaaliset sidokset yksittäisten atomiryhmien ja kemiallisen sidoksen välillä disulfidiryhmissä. Vaikka primaarirakenne säilyy, biologinen aktiivisuus menetetään.

Denaturoitumista tapahtuu jatkuvasti sekä kehon ulkopuolella että sisällä. Tyypillinen esimerkki denaturoitumisesta on munan kovettuminen keittämisen aikana. Useimmat denaturoinnit ovat peruuttamattomia. Mutta ne voivat olla myös palautuvia.

Toiminto ja tehtävä

Denaturoituminen tapahtuu jatkuvasti eläin- ja ihmisorganismeissa. Ruokaproteiinit on ensin valmistettava kemiallista jakamista varten yksittäisiksi aminohapoiksi. Tämä ei ole mahdollista ilman sekundaaristen, tertiääristen tai kvaternääristen rakenteiden altistumista. Peptiddaasit voivat aktivoitua vain, kun proteiiniketju on avattu.

Mahalaukussa ruokaproteiinit denaturoituvat mahahapon vaikutuksesta. Kuljettuaan mahalaukun kantajan läpi, valmistettu kymiö hajottaa edelleen kemiallisesti haiman ruuansulatuksen entsyymeillä. Hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit hajoavat vastaaviksi monomeereiksi. Denaturoiduista ruokaproteiineista syntyy peptidaasien vaikutuksesta yksittäisiä aminohappoja, jotka muuttuvat kehon endogeenisiksi proteiineiksi.

Mahan denaturointiaine on mahahappo, joka koostuu pääosin suolahaposta. Vatsahappo ei kuitenkaan hajoa vain ruokaproteiineja. Se tuhoaa myös monet elintarvikkeiden nauttivat patogeenit denaturoinnin kautta.

Proteiinien ja nukleiinihappojen denaturoinnilla on myös tärkeä rooli immuunipuolustuksessa. Vierasproteiinipartikkelit (bakteerit) ja sairaat tai kuolleet kehosolut imeytyvät ja liukenevat ns. Makrofaagien avulla. Ne sulavat ns. Lysosomeihin.Lysosomit ovat soluorganelleja, jotka hajottavat vieraita aineita ja kehon omia aineita entsyymien avulla. Makrofaagit sisältävät erityisen suuren määrän lysosomeja. Lysosomien sisäpuolella on alhainen pH-arvo (hapan ympäristö). Siellä proteiini- ja nukleiinihappokomponentit denaturoidaan ensin ja sitten hajottaa ruoansulatusentsyymit.

Lisäksi infektion aikana esiintyy usein kohonneita lämpötiloja. Kuumetapauksessa herkät bakteerit tappavat myös denaturoimalla lämpenemisvaikutuksen vuoksi.

Lysosomeja ei ole vain makrofaageissa, vaan myös kaikissa muissa kehosoluissa, koska käyttökelvottomat jätteet ja proteiinikomponentit on sulatettava jokaisessa solussa. Tähän mennessä kuvatut denaturoitumisprosessit ovat elintärkeitä organismille.

Löydät lääkkeesi täältä

Sairaudet ja vaivat

Kehossa tapahtuvien denaturointien yhteydessä on kuitenkin myös patologisia prosesseja. Infektioissa kuume ei tappaa vain bakteereita, koska pitkäaikaiset korkeat lämpötilat voivat myös tuhota kehon omia proteiineja. Tämä koskee erityisesti erittäin herkkiä entsyymejä. Jos kehon lämpötila ylittää 40 astetta pitkään, monista entsyymeistä tulee tehottomia. Siksi erittäin korkea kuume saattaa johtaa organismin kuolemaan. Jos korkea lämpötila putoaa taas kuuden tunnin kuluessa, vauriot ovat silti palautuvia.

Proteiinien denaturoituminen johtuu myös raskasmetallien vaikutuksesta. Raskasmetallit voivat muodostaa komplekseja proteiinien kanssa. Tämä muuttaa heidän kolmannen ja kvaternäärisen rakenteensa. Myös tässä vaikuttaa entsyymeihin. Siksi raskasmetallien kerääntyminen organismissa johtaa vaikeisiin kroonisiin ja joskus kuolemaan johtaviin sairauksiin.

Happien tai emästen aiheuttamien kemiallisten palovammojen yhteydessä on kyse myös kehon omien proteiinien denaturoitumisesta iholla. Vaurioituneen kudoksen kuolema käynnistää tulehdukselliset prosessit, jotka johtavat kutinaan ja vakaviin ihoreaktioihin. Lisäksi palovammat johtavat kehon omien proteiinien denaturoitumiseen iholla ja sidekudoksessa.

Raskaa verenvuotoa hoidetaan usein lääketieteessä korkeataajuisella sähköllä. Kudoksen lämpötila lämmitetään hetkeksi 80 asteeseen. Seurauksena kudosproteiini ja sidekudoskuidut hyytyvät. Joten haava voidaan sulkea tehokkaasti.

Moniin vanhuuden sairauksiin liittyy myös muutoksia proteiinien sekundaarisessa ja kolmannessa rakenteessa. Vaikka näissä tapauksissa ei tapahdu täydellistä denaturoitumista, esiintyy muun muassa taitteita ja plakkeja. Tunnettu esimerkki on seniili plakki Alzheimerin potilailla. Seniilejä plakkeja ovat aivojen proteiinisäilytykset, jotka muodostuvat kolmannen rakenteen taitoksista. Tämän prosessin syitä ei kuitenkaan vielä tunneta. Muun muassa keskustellaan alumiinin vaikutuksesta kasteproteiinin rakenteellisiin muutoksiin.