Denaturācijā tiek izmantotas tādas biomolekulas kā proteīni un nukleīnskābes strukturālo izmaiņu dēļ zaudē bioloģisko aktivitāti. Tomēr biomolekulu primārā struktūra paliek neskarta. Organismā notiek gan nepieciešamie, gan kaitīgie denaturēšanas procesi.
Kas ir denaturācija?
Iekš kuņģis, pārtikas denaturēšana proteīni rodas sakarā ar kuņģa skābe. Denaturācija attiecas uz sekundārās, terciārās un ceturtās struktūras iznīcināšanu proteīni un nukleīnskābes fizikālā un ķīmiskā ietekme. Fiziskās ietekmes atspoguļo siltumu, spiedienu vai lielas enerģijas starojumu. Ķīmiski denaturācijas izraisa: skābes, sārmi, haotropi, mazgāšanas līdzekļi, alkohols vai citi savienojumi. Neskatoties uz šīm strukturālajām izmaiņām, primārā struktūra paliek neskarta. Primāro struktūru raksturo secība aminoskābes olbaltumvielās (albumīni) vai slāpeklis bāzes in nukleīnskābes. Sekundārā struktūra apraksta biomolekulu locīšanu caur ūdeņradis saites, polāras mijiedarbība, jonu saites un hidrofobā mijiedarbība. Izņemot disulfīdu saišu veidošanos starp dažādiem sērs-satur aminoskābes, pārējās kovalentās saites netiek mainītas. Terciārajā struktūrā biomolekulu ķēdē locījumu dēļ veidojas telpiskās struktūras. Kvartāra struktūru raksturo telpiskās struktūras veidošanās ar vairākām ķēdēm. Šajā procesā olbaltumvielas un nukleīnvielas skābes attīstīt savu bioloģisko aktivitāti, tikai veidojoties sekundārajām, terciārajām un kvartārajām struktūrām. Denaturācija iznīcina šīs struktūras, pārtraucot fiziskās saites starp atsevišķām atomu grupām un ķīmiskās saites disulfīdu grupās. Kaut arī primārā struktūra tiek saglabāta, bioloģiskā aktivitāte tiek zaudēta. Denaturācija pastāvīgi notiek gan ķermeņa ārpusē, gan iekšpusē. Tipisks denaturēšanas piemērs ir olšūnas cietība laikā vārīšanas. Vairumā gadījumu denaturācijas ir neatgriezeniskas. Tomēr tie var būt arī atgriezeniski.
Funkcija un uzdevums
Dzīvnieku un cilvēku organismos pastāvīgi notiek denaturācijas. Piemēram, pārtikas olbaltumvielas vispirms jāsagatavo ķīmiskai sadalīšanai indivīdā aminoskābes. Tas nav iespējams bez sekundāro, terciāro vai kvartāro struktūru sagremošanas. Peptidāzes var kļūt aktīvas tikai tad, kad olbaltumvielu ķēde ir atraisījusies. Iekš kuņģis, ietekme kuņģa skābe izraisa pārtikas olbaltumvielu denaturāciju. Pēc iziešanas caur kuņģa portālu pārstrādāto pārtikas mīkstumu gremošanas sistēma ķīmiski sadala tālāk fermenti aizkuņģa dziedzera. ogļhidrātitauki un olbaltumvielas tiek sadalīti attiecīgajos monomēros. Peptidāžu ietekmē atsevišķais amino skābes veidojas no denaturētiem uztura proteīniem, kuri organismā pārvēršas par endogēniem proteīniem. Aģents denaturēšanai kuņģis is kuņģa skābe, kas galvenokārt sastāv no sālsskābe. Tomēr kuņģa skābe ne tikai noārda pārtikas olbaltumvielas. Tas arī iznīcina daudzus pārtikas produktus patogēni tos denaturējot. Liela loma imūno aizsardzībā ir arī olbaltumvielu un nukleīnskābju denaturēšanai. Tādējādi svešas olbaltumvielu daļiņas (slimība baktērijas) un slimās vai mirušās ķermeņa šūnas uzņem un izšķīdina tā sauktie makrofāgi. Viņu gremošana notiek tā sauktajās lizosomās. Lizosomas ir šūnu organoīdi, ar kuru palīdzību noārda svešas un endogēnas vielas fermenti. Makrofāgos ir īpaši daudz lizosomu. Lizosomu iekšpusē ir zema PH vērtība (skāba vide). Tur vispirms olbaltumvielas un nukleīnskābes sastāvdaļas tiek denaturētas un pēc tam sagremotas ar gremošanas sistēmu fermenti. Turklāt infekcijas laikā bieži notiek paaugstināta temperatūra. Gadījumā, ja drudzis, pat jutīga slimība baktērijas tiek nogalināti ar denaturāciju siltuma ietekmes dēļ. Lizosomas atrodas ne tikai makrofāgos, bet arī visās pārējās ķermeņa šūnās, jo nelietojami atkritumi un olbaltumvielu komponenti ir jāsagremo katrā šūnā. Līdz šim aprakstītie denaturēšanas procesi organismam ir vitāli svarīgi.
Slimības un kaites
Tomēr saistībā ar denaturācijām, kas notiek organismā, ir arī patoloģiski procesi. Piemēram, infekciju gadījumā drudzis nenogalina baktērijas atsevišķi, jo ilgstoša augsta temperatūra var iznīcināt arī paša organisma olbaltumvielas. Tas jo īpaši ietekmē ļoti jutīgos fermentus. Ja ķermeņa temperatūra ilgu laiku pārsniedz 40 grādus, daudzi fermenti kļūst neefektīvi. Tāpēc ļoti augsts drudzis potenciāli letāli ietekmē organismu. Tomēr, ja augstā temperatūra atkal pazeminās sešu stundu laikā, bojājumi joprojām ir atgriezeniski. Olbaltumvielu denaturāciju izraisa arī smago metālu efekti. Smagie metāli var veidot kompleksus ar olbaltumvielām. Tas maina viņu terciāro un kvartāra struktūru. Atkal fermenti tiek īpaši ietekmēti. Tāpēc smago metālu uzkrāšanās organismā vadīt līdz smagām hroniskām un dažreiz letālām slimībām. Skāba vai sārma apdegumi ietver arī endogēno olbaltumvielu denaturāciju āda. Skarto audu nāve sāk iekaisuma procesus, kas vadīt līdz niezei un smagai āda reakcijas. Turklāt apdegumi vadīt līdz endogēno olbaltumvielu denaturācijai āda un saistaudi. Medicīnā smagu asiņošanu bieži ārstē ar augstas frekvences strāvu. Šajā procesā audu temperatūra īslaicīgi tiek uzkarsēta līdz 80 grādiem. Tā rezultātā audu olbaltumvielas un saistaudi šķiedras sarec. Tas ļauj efektīvi aizvērt brūci. Daudzas ar vecumu saistītas slimības ir saistītas arī ar olbaltumvielu sekundārās un terciārās struktūras izmaiņām. Kaut arī pilnīga denaturācija šajos gadījumos nenotiek, tā rezultātā, cita starpā, tiek salocīts un veidojas plāksnes. Pazīstams piemērs ir senils plāksnes Alcheimera pacientiem. Senile plāksnes ir olbaltumvielu nogulsnes smadzenes kas veidojas locīšanas rezultātā terciārajā struktūrā. Tomēr šī procesa cēloņi vēl nav zināmi. Cita starpā, alumīnijs par tau proteīna strukturālajām izmaiņām.
