Denaturacja białek

1. Co to jest denaturacja białek?

Nie chcę wchodzić zanadto w biologię, natomiast wspomnę tylko szybko, że funkcja białek (czyli także życiodajnych enzymów!) zależy od ich struktury. A jak się ostatnio dowiedzieliśmy, trzeciorzędowa struktura białek jest utrzymywana przez całkiem sporo oddziaływań, np. mostki solne, wiązania wodorowe, oddziaływania hydrofobowe, a to wszystko były dość słabe oddziaływania. Albo inaczej to ujmując − niezbyt silne.

To oznacza, że nawet niewielka zmiana w środowisku może spowodować zaburzenie tej struktury oraz utratę funkcji biologicznych tego białka. To właśnie jest denaturacja białka.

Wiesz jaka jest temperatura ciała? 36,6℃. Gorączka na poziomie 38℃ jakoś nas nie martwi, ale kurczę, 42℃ to już tak na krawędzi śmierci. A to przecież tylko różnica około pięciu stopni Celsjusza! Wydaje się niedużo, zwłaszcza jak teraz piszę to w kwietniu, gdzie jednego dnia jest +15 stopni, a nazajutrz −5 i jakoś nie wydaje się to takie dramatyczne.

Idąc dalej, fizjologiczne pH mieści się w zakresie 7,35−7,45. Hmm, dość wąski ten zakres! I faktycznie, jak ktoś ma pH = 6,8 to jest to silna kwasica i też już duża szansa, że wita się z innym światem.

Co to wszystko ma wspólnego? A no to, że zarówno zmiana temperatury jak i zmiana pH może spowodować denaturację białek, zaburzając funkcję ważnych życiowo enzymów i mamy klops. A jak widzimy po niewielkich wahaniach dozwolonej zmiany temperatury czy pH, rzeczywiście nie trzeba wiele!

Co się dzieje podczas takiej denaturacji białka? Zmieniają się wtedy właściwości fizyczne oraz biologiczne. Dramatycznie zmniejsza się rozpuszczalność, co zresztą doskonale znasz jeśli robiłeś kiedyś jajecznicę, a więc podgrzewając płynne jajko, które po podgrzaniu się ścinało (= zmiana rozpuszczalności). Pod kątem strukturalnym dochodzi do rozwalenia struktury trzeciorzędowej (też czwartorzędowej), można by powiedzieć, że rozplątują nam się białkowe kłębki ze specyficznie zorganizowanej (ułożonej w przestrzeni) struktury w całkiem losową. Jakby ktoś przyszedł i rozszarpał na strzępy skrzętnie układane przez całe popołudnie puzzle.

Denaturacja z reguły jest nieodwracalna, ale zdarzają się przypadki renaturacji, a więc odtworzenia swojej struktury trzeciorzędowej z jednoczesnym powrotem aktywności biologicznej (renaturacja).

2. Co powoduje denaturację białek ?

Za denaturację białka może być odpowiedzialny alkohol (np. etanol), wysoka temperatura, zmiana pH (kwaśne lub zasadowe środowisko) oraz sole metali ciężkich np. CuSO4 czy Pb(NO3)2 .

Sole miedzi czy ołowiu (ogólnie : metali ciężkich) powoduje odkształcenie struktury białka, ponieważ niszczone są mostki disulfidowe (siarczkowe), co obserwujemy jako ,,ścięcie białka” , a co jest właśnie jego denaturacją. Dodatek etanolu natomiast niszczy wiązania wodorowe. Są to procesy nieodwracalne! Dobrze to wiesz, bo jeśli jajko ugotowaliśmy na twardo, to raczej ciężko je ,,odgotować”.

3. Wysalanie białek

Wysalanie to proces polegający na wytrącaniu dużych biocząsteczek, w tym DNA, ale także dzisiaj dla nas ważniejszych białek. Jak można się domyślić z nazwy ,,wysalanie” będzie do tego potrzebna sól, a jako że różne stężenie tej soli jest potrzebne do wytrącenia różnych biocząsteczek (białek), to jest to metoda pozwalająca na wytrącenie konkretnego, akurat nam potrzebnego białka.

Wszystko przez to, że sole są mocnymi elektrolitami i w wodzie ulegają dysocjacji (czyli np. nie można użyć AgCl, bo jest to trudno rozpuszczalny związek, który nie dysocjuje/dysocjuje bardzo słabo). Przykładowo siarczan amonu czy chlorek potasu :

(NH4)2SO4 ⟶ 2NH4+ + SO42ー

KCl ⟶ K+ + Cl

Przypomnijmy z postu o dysocjacji związków, że taki proces ,,wymaga wody” :

Tutaj akurat schemat pokazano dla NaCl, ale oczywiście dla KCl czy siarczanu amonu jest analogicznie.

Można zatem powiedzieć, że sól wprowadzana do roztworu białka podkrada wodę z białka, co powoduje jego wytrącenie (wysolenie).

Sam proces można potraktować jako przejście zolu w żel (koagulacja). Co istotne, w przeciwieństwie do denaturacji, wysalanie nie narusza struktury białka, także trzecio- i czwartorzędowej. W dodatku jest to proces odwracalny.

DenaturacjaWysalanie
Niszczy strukturę II, III oraz IV−rzędową.Nie narusza struktury II, IIIoraz IV−rzędowej.
Spowodowana zwiększeniem temperatury,
dodaniem alkoholu (etanolu), metanalu (formaliny), zmianą pH oraz dodatkiem soli metali ciężkich (np. miedź, ołów).

Spowodowane dodatkiem soli metalilekkich (potas, sód) czy siarczanem amonu.
W większości przypadków jest
nieodwracalna (odwracalny
proces to renaturacja).
Jest procesem odwracalnym.
Porównanie denaturacji i wysalania

Leave a Reply

%d bloggers like this: