DENATURATION חלבון: גורמים והשלכות - ביולוגיה - 2025

Denaturation של חלבונים מורכב אובדן המבנה התלת-ממדי עקב גורמים סביבתיים שונים, כגון טמפרטורה, pH או חומרים כימיים מסוימים. אובדן המבנה מביא לאובדן התפקוד הביולוגי הקשור לאותו חלבון, בין אם זה אנזימטי, מבני, טרנספורטר, בין היתר.

מבנה החלבון רגיש מאוד לשינויים. חוסר יציבות של קשר מימן חיוני יחיד יכול להכחיש את החלבון. באותו אופן, ישנן אינטראקציות שאינן חיוניות בהחלט למילוי תפקוד החלבון, ואם אין יציבות, אין להן השפעה על התפקוד.

מבנה חלבונים

על מנת להבין את התהליכים של denaturation חלבון, עלינו לדעת כיצד חלבונים מאורגנים. אלה מציגים מבנה ראשוני, משני, שלישוני ורבעוני.

מבנה ראשוני

זהו רצף חומצות האמינו המרכיב את החלבון האמור. חומצות אמינו הן אבני הבניין הבסיסיות המרכיבות את הבי-מולקולות הללו וישנם 20 סוגים שונים, שלכל אחד מהם תכונות פיזיקליות וכימיות מסוימות. הם קשורים זה לזה באמצעות קשר פפטיד.

מבנה משני

במבנה זה שרשרת לינארית זו של חומצות אמינו מתחילה להתקפל דרך קשרי מימן. ישנם שני מבנים משניים בסיסיים: האלילית α, בצורת ספירלה; והגליון המקופל β, כאשר שתי שרשראות לינאריות מיושרות במקביל.

מבנה שלישוני

זה כרוך בסוגים אחרים של כוחות המביאים לקפלים ספציפיים של הצורה התלת מימדית.

שרשראות R של שאריות חומצות האמינו המרכיבות את מבנה החלבון יכולות ליצור גשרים דיסולפידים, והחלקים ההידרופוביים של החלבונים מתכווצים זה לזה מבפנים, בעוד שההידרופיליים פונים למים. כוחות ואן-דר-וואלס משמשים מייצבים לאינטראקציות המתוארות.

מבנה מרובע

זה מורכב מצטברויות של יחידות חלבון.

כשמוחלף חלבון הוא מאבד את המבנה הרביעי, השלוש והמשני שלו, בעוד שהראשון נותר על כנו. חלבונים העשירים בקשרי דיסולפיד (מבנה שלישוני) מספקים עמידות רבה יותר בפני denaturation.

גורמים הגורמים לדמטורה

כל גורם שמערער את הקשרים הלא-קוולנטיים האחראיים לשמירה על המבנה הטבעי של החלבון יכול לגרום לדנאציה שלו. בין החשובים ביותר שאנו יכולים להזכיר:

pH

בערכי pH קיצוניים מאוד, בין אם חומציים ובין אם בסיסיים, החלבון יכול לאבד את התצורה התלת מימדית שלו. עודף H ⁺ ו OH ^- יונים במדיום מערער על אינטראקציות חלבון.

שינוי זה בתבנית היונית גורם לדאטציה. במקרים מסוימים ניתן להפוך הפיכה על ידי pH, ובאחרים בלתי הפיכה.

טֶמפֶּרָטוּרָה

Denaturation תרמי מתרחש עם עליית הטמפרטורה. באורגניזמים החיים בתנאי סביבה ממוצעים, חלבונים מתחילים להתייצב בטמפרטורות מעל 40 מעלות צלזיוס. ברור שחלבונים של אורגניזמים תרמופיליים יכולים לעמוד בטווחי טמפרטורה אלה.

עליות טמפרטורה מתורגמות לתנועות מולקולריות מוגברות המשפיעות על קשרי מימן וקשרים לא-קוולנטיים אחרים, וכתוצאה מכך אובדן המבנה השלישוני.

עלייה זו בטמפרטורה מביאה לירידה בקצב התגובה, אם אנו מדברים על אנזימים.

חומרים כימיים

חומרים קוטביים - כמו אוריאה - בריכוזים גבוהים משפיעים על קשרי מימן. כמו כן, לחומרים לא קוטביים יכולות להיות השלכות דומות.

חומרי ניקוי יכולים גם לערער יציבות במבנה החלבון; עם זאת, זה לא תהליך אגרסיבי והם לרוב הפיכים.

צמצום סוכנים

Β-Mercaptoethanol (HOCH2CH2SH) הוא חומר כימי המשמש לעתים קרובות במעבדה כדי לפלוט חלבונים. זה אחראי להפחתת גשרי דיסולפיד בין שאריות חומצות אמינו. זה יכול לערער את המבנה השלישוני או הרבעוני של החלבון.

גורם מקטין נוסף עם פונקציות דומות הוא דית'ו-טריטול (DTT). יתר על כן, גורמים אחרים התורמים לאובדן המבנה המקומי בחלבונים הם מתכות כבדות בריכוזים גבוהים וקרינה אולטרה סגולה.

השלכות

כאשר מתרחש denaturation, החלבון מאבד מתפקודו. חלבונים מתפקדים בצורה אופטימלית כשהם במצב מולדתם.

אובדן תפקוד לא תמיד קשור לתהליך denaturation. יכול להיות ששינוי קטן במבנה החלבון מוביל לאובדן תפקוד בלי לערער את כל המבנה התלת ממדי.

התהליך עשוי להיות בלתי הפיך או לא. במעבדה, אם התנאים מתהפכים, החלבון עשוי לחזור לתצורתו הראשונית.

שיקום מחדש

הוכח באחד הניסויים המפורסמים והסופיים ביותר לשינוי מחדש בריבונוקליזה א '.

כאשר החוקרים הוסיפו חומרי denaturing כמו אוריאה או β-mercaptoethanol, החלבון הופל. אם הוסרו חומרים אלה, החלבון חזר למבנה הטבעי שלו ויכול היה לבצע את תפקידו ביעילות של 100%.

אחת המסקנות החשובות ביותר של מחקר זה הייתה להמחיש באופן ניסיוני כי הקונפורמציה התלת מימדית של החלבון ניתנת על ידי המבנה הראשוני שלו.

בחלק מהמקרים, תהליך הדנאטורה הוא בלתי הפיך לחלוטין. לדוגמא, כאשר אנו מבשלים ביצה אנו מחילים חום על החלבונים (העיקרי שבהם הוא אלבומין) המרכיבים אותה, הלבן מקבל מראה מוצק-לבנבן. באופן אינטואיטיבי אנו יכולים להסיק כי גם אם אנו מקררים אותו, הוא לא יחזור לצורתו הראשונית.

ברוב המקרים, תהליך הדטורה מלווה באובדן המסיסות. זה גם מקטין את הצמיגות, את קצב הדיפוזיה ומתגבש ביתר קלות.

חלבוני צ'פרון

חלבוני הצ'פרונים או הצ'פרונינים אחראים על מניעת הדאטורציה של חלבונים אחרים. הם גם מדחיקים אינטראקציות מסוימות שאינן מתאימות בין חלבונים בכדי להבטיח קיפול נכון של אותו הדבר.

כאשר הטמפרטורה של המדיום עולה, חלבונים אלה מגדילים את ריכוזם ופועלים למניעת denaturation של חלבונים אחרים. זו הסיבה שהם נקראים גם "חלבוני הלם חום" או HSPs (חלבוני הלם).

הצ'פרונינים מקבילים לכלוב או לחבית המגנים על החלבון המעניין בפנים.

חלבונים אלה המגיבים למצבים של לחץ תאית דווחו בקבוצות שונות של יצורים חיים ונשמרים מאוד. ישנם סוגים שונים של צ'פרונינים והם מסווגים לפי משקלם המולקולרי.

הפניות

1. קמפבל, NA, ו- Reece, JB (2007). ביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
2. Devlin, TM (2004). ביוכימיה: ספר לימוד עם יישומים קליניים. התהפכתי.
3. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. פנמריקנית רפואית אד.
4. Melo, V., Ruiz, VM, & Cuamatzi, O. (2007). ביוכימיה של תהליכים מטבוליים. Reverte.
5. Pacheco, D., & Leal, DP (2004). ביוכימיה רפואית. לימוזה עריכה.
6. פנה, א., ארויו, א., גומז, א., וטפיה, ר. (1988). בִּיוֹכִימִיָה. לימוזה עריכה.
7. Sadava, D., & Purves, WH (2009). החיים: מדע הביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
8. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
9. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). יסודות הביוכימיה. פנמריקנית רפואית אד.