Denaturācija

Iekš Denaturācija Tādas biomolekulas kā olbaltumvielas un nukleīnskābes zaudē savu bioloģisko aktivitāti strukturālu izmaiņu dēļ. Tomēr tiek saglabāta biomolekulu galvenā struktūra. Organismā ir gan nepieciešami, gan kaitīgi denaturācijas procesi.

Kas ir denaturācija?

Denaturācija attiecas uz olbaltumvielu un nukleīnskābju sekundārās, terciārās un četrvērtīgās struktūras iznīcināšanu fizikāli un ķīmiski. Fiziskās ietekmes atspoguļo siltuma, spiediena vai augstas enerģijas starojumu.Ķīmiski denaturāciju izraisa skābes, sārmi, haotropi, mazgāšanas līdzekļi, alkohols vai citi savienojumi.

Neskatoties uz šīm strukturālajām izmaiņām, tomēr galvenā struktūra tiek saglabāta. Primāro struktūru raksturo aminoskābju secība olbaltumvielās vai slāpekļa bāzes nukleīnskābēs. Sekundārā struktūra apraksta biomolekulu salocīšanu, izmantojot ūdeņraža saites, polāro mijiedarbību, jonu saites un hidrofobās mijiedarbības. Izņemot disulfīdu tiltu veidošanos starp dažādām sēru saturošām aminoskābēm, pārējās kovalentās saites netiek mainītas.

Terciārajā struktūrā telpiskās struktūras veidojas biomolekulas ķēdē caur krokām. Kvartāra struktūru raksturo telpiskās struktūras veidošanās ar vairākām ķēdēm. Olbaltumvielas un nukleīnskābes savu bioloģisko aktivitāti attīsta tikai veidojoties sekundārajai, terciārajai un kvartārajai struktūrai.

Denaturācijas gadījumā šīs struktūras tiek iznīcinātas, izšķīdinot fizikālās saites starp atsevišķām atomu grupām un ķīmiskās saites disulfīdu grupās. Kaut arī tiek saglabāta galvenā struktūra, bioloģiskā aktivitāte tiek zaudēta.

Denaturācijas pastāvīgi notiek gan ķermenī, gan iekšpusē. Tipisks denaturācijas piemērs ir olu sacietēšana gatavošanas laikā. Denaturācija parasti ir neatgriezeniska. Bet tie var būt arī atgriezeniski.

Funkcija un uzdevums

Denaturācija notiek pastāvīgi dzīvnieku un cilvēku organismos. Pārtikas olbaltumvielas vispirms jāsagatavo ķīmiskai sadalīšanai atsevišķās aminoskābēs. Tas nav iespējams, ja nav pakļautas sekundārajām, terciārajām vai kvartāra konstrukcijām. Peptidāzes var kļūt aktīvas tikai tad, kad olbaltumvielu ķēde ir atlocīta.

Kuņģī pārtikas olbaltumvielas denaturējas kuņģa skābes ietekmes dēļ. Pēc tam, kad tas ir izgājis cauri vārtsargam, sagatavoto himu ķīmiski sadala ar aizkuņģa dziedzera gremošanas fermentiem. Ogļhidrāti, tauki un olbaltumvielas tiek sadalīti atbilstošajos monomēros. Peptidāžu ietekmē denaturētie pārtikas proteīni ražo atsevišķas aminoskābes, kuras tiek pārveidotas par paša organisma olbaltumvielām.

Kuņģa denaturācijas līdzeklis ir kuņģa skābe, kas galvenokārt sastāv no sālsskābes. Tomēr kuņģa skābe nesadala tikai pārtikas olbaltumvielas. Tas iznīcina arī daudzus patogēnus, kas norīti ar pārtiku, izmantojot denaturāciju.

Svarīga loma imūnsistēmā ir arī olbaltumvielu un nukleīnskābju denaturācijai. Svešās olbaltumvielu daļiņas (baktērijas) un slimās vai mirušās ķermeņa šūnas absorbē un izšķīdina tā sauktie makrofāgi. Tie tiek sagremoti tā saucamajās lizosomās.Lizosomas ir šūnu organellas, kas ar enzīmu palīdzību noārda svešas vielas un paša organisma vielas. Makrofāgi satur īpaši lielu daudzumu lizosomu. Lizosomu iekšpusē ir zems pH līmenis (skāba vide). Tur olbaltumvielu un nukleīnskābju komponenti vispirms tiek denaturēti un pēc tam sadalīti ar gremošanas fermentiem.

Turklāt infekcijas laikā bieži rodas paaugstināta temperatūra. Drudža gadījumā jutīgus mikrobus iznīcina arī denaturācija karstuma efekta dēļ.

Lizosomas ir ne tikai makrofāgos, bet arī visās pārējās ķermeņa šūnās, jo katrā šūnā ir jāizšķeļ nelietojami atkritumu produkti un olbaltumvielu komponenti. Līdz šim aprakstītie denaturācijas procesi ir ļoti svarīgi organismam.

Jūs varat atrast savus medikamentus šeit

Slimības un kaites

Tomēr ir arī patoloģiski procesi, kas saistīti ar denaturāciju, kas notiek ķermenī. Infekciju gadījumā drudzis nogalina ne tikai mikrobus, jo ilgstoši augsta temperatūra var iznīcināt arī paša organisma olbaltumvielas. Tas jo īpaši attiecas uz ļoti jutīgiem fermentiem. Ja ķermeņa temperatūra ilgu laiku pārsniedz 40 grādus, daudzi fermenti kļūst neefektīvi. Tāpēc ļoti augsts drudzis organismam var būt letāls. Tomēr, ja augstā temperatūra atkal pazeminās sešu stundu laikā, bojājums joprojām ir atgriezenisks.

Olbaltumvielu denaturāciju izraisa arī smago metālu ietekme. Smagie metāli var veidot kompleksus ar olbaltumvielām. Tas maina viņu terciāro un kvartāra struktūru. Arī šeit īpaši tiek ietekmēti fermenti. Tāpēc smago metālu uzkrāšanās organismā noved pie smagām hroniskām un dažreiz pat letālām slimībām.

Ķīmisku apdegumu gadījumā ar skābēm vai bāzēm tas ir arī jautājums par paša ķermeņa olbaltumvielu denaturāciju ādā. Skarto audu nāve sāk iekaisuma procesus, kas izraisa niezi un smagas ādas reakcijas. Turklāt apdegumi noved pie paša ķermeņa olbaltumvielu denaturācijas ādā un saistaudos.

Smagu asiņošanu medicīnā bieži ārstē ar augstfrekvences elektrību. Audu temperatūra uz īsu brīdi tiek sasildīta līdz 80 grādiem. Tā rezultātā audu olbaltumvielas un saistaudu šķiedras sarecē. Tātad brūci var efektīvi aizvērt.

Daudzas vecuma slimības ir saistītas arī ar olbaltumvielu sekundārās un terciārās struktūras izmaiņām. Lai gan šajos gadījumos nav pilnīgas denaturācijas, cita starpā rodas krokas un plāksnes. Plaši pazīstams piemērs ir senioru plāksnes Alcheimera slimniekiem. Seniālās plāksnes ir olbaltumvielu nogulsnes smadzenēs, kuras veido krokas terciārā struktūrā. Tomēr šī procesa cēloņi vēl nav zināmi. Cita starpā tiek apskatīta alumīnija ietekme uz rasas olbaltumvielu strukturālajām izmaiņām.