A desnaturação descreve uma mudança estrutural nas biomoléculas. Mas qual é o princípio por trás da desnaturação de proteínas e DNA?
A desnaturação é uma mudança estrutural em biomoléculas, como proteínas ou ácido desoxirribonucleico (DNA). Isso se deve a certas influências externasestrutura da proteínaalterar. Isto aplica-se em particular aoestrutura secundária, estrutura terciária e em parte também a estrutura quaternária das proteínas.
A ordem de aminoácidos, então o estrutura primária da proteína, normalmente não muda, uma vez que as ligações covalentes geralmente não são quebradas.
Este processo é muitas vezes irreversível (irreversível), de modo que a estrutura espacial original não pode ser restaurada. No entanto, também existem mudanças reversíveis (reversíveis) que podem ser desfeitas pela neutralização da situação, por exemplo, no caso da desnaturação térmica do DNA, quando ele é dividido em fitas simples por aquecimento e depois resfriado novamente.
Como regra, no entanto, a desnaturação significa que a molécula não pode mais desempenhar corretamente sua função, que na biologia molecular muitas vezes está intimamente ligada à estrutura.
Desnaturação simplesmente explicada
A estrutura das biomoléculas (por exemplo, proteínas, DNA) muda durante a desnaturação. Isso significa que as ligações nas biomoléculas são quebradas . Na maioria dos casos, as moléculas não podem mais desempenhar sua função devido à desnaturação.
No entanto, nenhuma ligação covalente (firme) é clivada durante a desnaturação. Como resultado, a desnaturação também pode ser reversível . No entanto, se as mudanças estruturais causadas pela desnaturação foram muito profundas, ela também pode ser irreversível (não reversível).
A desnaturação pode ser desencadeada de várias maneiras, mas a mais comum é a desnaturação por calor .
Um exemplo disso é a desnaturação da proteína em um ovo de galinha: a proteína solidifica durante o cozimento porque as proteínas mudam estruturalmente. O estado líquido original não pode mais ser restaurado.
Definição de desnaturação
A desnaturação refere-se a uma mudança estrutural em biomoléculas, como proteínas (desnaturação de proteínas) e DNA. Você pode atribuir a desnaturação a influências físicas ou químicas.
Quais são as causas da desnaturação?
Existem muitas causas possíveis de desnaturação. Substâncias químicas como ácidos, sais e bases, mas também temperaturas extremas ou radiação UV podem causar desnaturação de proteínas. O exemplo mais conhecido de desnaturação de proteínas é o albúmen em ovos de galinha. Ele endurece quando cozido porque a estrutura espacial das moléculas de proteína mudou. O estado líquido original não pode mais ser restaurado após a desnaturação, portanto o processo é irreversível.
Uma causa de desnaturação de proteínas no corpo é a febre. Esse processo geralmente é reversível, desde que a febre não dure muito. As proteínas em um organismo normalmente atingem sua atividade máxima a uma temperatura de 35 a 39°C. Uma febre muito alta, ou seja, acima de 40 ° C, pode enzimas portanto, influenciar de tal forma que o suprimento do corpo não é mais possível na medida necessária.
As proteínas também podem ser desnaturadas por metais pesados. Nomeadamente, quando estes iões formam estruturas complexas com os resíduos de aminoácidos das proteínas, a estrutura significativa da proteína pode ser alterada e destruída. É por isso que o acúmulo de metais pesados no corpo é um grande problema.
O que é desnaturação?
Vamos resumir novamente: durante a desnaturação, as estruturas das moléculas são quebradas. Proteínas (incluindo a maioria das enzimas ) ou DNA são frequentemente afetadas. Além disso, diferentes influências podem ser responsáveis pela desnaturação. Você diferencia entre influências físicas e químicas.
Algumas influências físicas são:
- a desnaturação por calor : desnaturação aumentando a temperatura.
- a desnaturação por pressão : desnaturação aumentando a pressão.
- desnaturação por radiação : a radiação de onda longa (por exemplo, radiação de micro-ondas, radiação infravermelha) leva a um aumento da temperatura e, portanto, à desnaturação.
Algumas substâncias químicas que levam à desnaturação (especialmente de proteínas) são:
- Ácidos e bases : Desnaturação através de transferências de carga entre moléculas.
- Metais pesados : Os íons de metais pesados formam moléculas complexas com os aminoácidos das proteínas.
Que tipos de desnaturação existem?
Há uma variedade de diferentes tipos de desnaturação. Vou agora entrar nos tipos mais importantes com mais detalhes.
Desnaturação por influências físicas
As desnaturações comuns sob influência física são a desnaturação por calor, a desnaturação por radiação e a desnaturação por pressão. Além disso, no entanto, a desnaturação por agitação vigorosa, agitação ou ação de ultra-som também é possível.
Na desnaturação por calor, a estrutura molecular é alterada pelo aumento da temperatura. Nenhuma ligação covalente é quebrada aqui, e é por isso que a estrutura primária preservado. Em vez disso, os blocos de construção individuais, ou seja, os nucleotídeos e aminoácidos, e como resultado toda a cadeia molecular, feita para oscilar fortemente. As ligações e forças atuantes, por exemplo, ligações de hidrogênio e pontes de dissulfeto, entre as diferentes áreas da cadeia molecular são resolvidos ou superados.
O resultado é geralmente uma perda de atividade biológica e uma diminuição na solubilidade. Este último é então perceptível como “floculação” ou “coagulação”. A desnaturação pelo calor pode ser reversível se as mudanças estruturais ainda não forem muito profundas, mas muitas vezes é irreversível. A temperatura na qual a desnaturação das proteínas começa varia muito dependendo da estrutura e do organismo. Por exemplo, os ácidos nucleicos desnaturam dentro de uma faixa de temperatura muito estreita, que geralmente está acima de 80°C. Este intervalo também é chamado de ponto de fusão.
A desnaturação por pressão geralmente afeta a estrutura terciária e quaternária das proteínas, enquanto a estrutura secundária raramente pode ser alterado. Este processo é muito importante no tratamento de alta pressão de alimentos. Para isso, o alimento, geralmente embalado em papel alumínio, é colocado em um meio de pressão, como a água, e a pressão é aplicada a esse meio. Esse processo não térmico, também conhecido como pasteurização de alta pressão, desativa microorganismos indesejados para que o alimento seja preservado. A perda de qualidade, que pode ocorrer ao usar calor, por exemplo, é evitada.
Outro tipo de desnaturação é a desnaturação por radiação. A radiação infravermelha, radiação de micro-ondas ou outra radiação de onda longa tem um efeito desnaturante devido ao aumento de temperatura causado. No caso da radiação ionizante, as ligações covalentes também podem ser quebradas, o que pode levar a danos no DNA.
Desnaturação por influências químicas
As influências químicas de uma desnaturação podem ser, por exemplo, ácidos, bases ou etanol. Vou agora considerar brevemente esses fatores.
A desnaturação ácida leva a mudanças de carga entre as moléculas e, finalmente, a uma redobragem da proteína no estado energeticamente mais favorável sob as respectivas condições. O ácido então libera prótons (H+) e causa uma mudança de carga no estrutura da proteína, de modo que as ligações de hidrogênio são parcialmente destruídas e as mesmas cargas positivas se repelem.
Além disso, o ácido doa prótons para o grupo carboxilato (COO−) do aminoácidos aspartato e glutamato para formar grupos carboxi -COOH e suas cargas negativas anteriores desaparecem. Em última análise, isso significa que as interações iônicas entre o grupo carboxila e as cargas positivas na proteína não são mais possíveis.
Os álcalis podem ter um efeito semelhante porque também alteram a composição dos íons através da valor do PH. No entanto, os grupos amino da lisina ou arginina são desprotonados, reduzindo o número de cargas positivas na proteína que podem interagir com grupos carregados negativamente. Os grupos de ácido carboxílico são desprotonados além dos carboxilatos, que podem destruir as ligações de hidrogênio e criar mais cargas negativas na proteína que se repelem.
Semelhante à desnaturação ácida, o etanol ou outros solventes orgânicos solúveis em água podem romper as ligações necessárias para manter a estrutura funcionando como solventes orgânicos polares. A maioria das proteínas é desnaturada por 50 a 70 por cento de etanol. Álcoois de alta porcentagem, como etanol e isopropanol, podem ser usados para desinfecção, uma vez que as células bacterianas e fúngicas são irreversivelmente inativadas pela desnaturação de suas proteínas de membrana e pela perfuração de sua membrana celular.
desnaturação por calor
Na desnaturação por calor , as ligações em uma molécula são quebradas pelo aumento da temperatura. Estamos em uma faixa de aproximadamente 80°C . No entanto, as temperaturas dependem do tipo e estrutura da respectiva biomolécula.
Como em todos os processos de desnaturação, nenhuma ligação covalente (firme) é quebrada durante a desnaturação por calor. Na maioria das vezes, as ligações de hidrogênio são quebradas. Isso altera a estrutura da molécula. Por esta razão, as moléculas muitas vezes não podem mais desempenhar sua função após a desnaturação pelo calor.
Na maioria dos casos, a desnaturação pelo calor é irreversível (não reversível). Isso ocorre porque a estrutura molecular foi alterada demais pelo aumento da temperatura . Este é o caso, por exemplo, do seu ovo de café da manhã. Uma vez que a clara de ovo se solidificou, ela não pode mais se tornar líquida.
No entanto, a desnaturação por calor também pode (como todos os outros processos de desnaturação) ser reversível em alguns casos . Você chama o contra-processo de desnaturação renaturação . Na renaturação, a estrutura original da molécula é formada novamente. As moléculas podem então exercer sua função novamente. A desnaturação reversível pelo calor pode ocorrer, por exemplo, em proteínas ou DNA.
proteínas desnaturantes
A desnaturação das proteínas pode, portanto, ocorrer através do calor. Como a maioria das enzimas também são proteínas, o mesmo ocorre com a desnaturação enzimática . Nenhuma ligação covalente (firme) é quebrada durante a desnaturação. Portanto, a estrutura primária de uma proteína permanece inalterada. Uma proteína é formada por aminoácidos. Você pode, portanto, entender a estrutura primária para significar uma certa ordem dos aminoácidos.
No entanto, a proteína não ocorre simplesmente em nosso corpo como uma fita de aminoácidos, mas é dobrada de uma maneira específica . Isso ocorre porque o dobramento correto geralmente representa o estado energeticamente mais favorável . Isso significa que a proteína é mais estável na forma dobrada. As proteínas só são biologicamente ativas (ou seja, elas só funcionam) quando estão devidamente dobradas. Quando as proteínas são desnaturadas, a forma original de dobramento é destruída. Portanto, as proteínas não funcionam mais.
Por esta razão, pode tornar-se perigoso para si se tiver uma febre superior a 40°C . Porque mesmo que a febre esteja muito alta, muitas enzimas e proteínas em seu corpo vão se desnaturar. Quando enzimas e proteínas param de funcionar, muitos processos não podem mais funcionar corretamente. Mas não se preocupe: as proteínas e enzimas podem voltar à sua forma original desde que a febre alta não dure mais de seis horas.
Para muitas proteínas, a desnaturação é reversível . Isso ocorre porque a proteína é mais estável na forma dobrada. A dobragem correta pode, portanto, ser restaurada durante a renaturação . No entanto, se muito da estrutura da proteína foi destruída, a desnaturação da proteína é irreversível (não mais reversível).
desnaturação do DNA
O calor também pode desnaturar o DNA . As fitas individuais de DNA se separam. Normalmente, as fitas simples de DNA formam uma fita dupla estável através do pareamento de bases. Os pares de bases do DNA são mantidos juntos por ligações de hidrogênio . Quando o DNA é desnaturado, as ligações de hidrogênio são quebradas. Isso acontece em seu corpo, por exemplo, para que a replicação (duplicação) do DNA possa ocorrer.
Para desnaturar o DNA você precisa de temperaturas entre 60°C e 100°C . Isso depende muito da quantidade das respectivas bases no DNA. A desnaturação do DNA pode ser revertida pelo resfriamento da temperatura. Se o DNA é desnaturado pelo calor, então a desnaturação é reversível. As ligações de hidrogênio podem ser formadas novamente por renaturação . Agora assista ao nosso vídeo sobre DNA para saber como ele é estruturado e como ocorre em nossas células!
Onde ocorre a desnaturação?
Aqui está uma breve visão geral de algumas das áreas onde a desnaturação está ocorrendo e tem aplicações.
- Em animais: Aqui, as proteínas são desnaturadas, por exemplo, no estômago.
- Para alimentos: A desnaturação é frequentemente usada na fabricação de alimentos proteicos, como cozinhar, e na fabricação de tofu. O objetivo disso é facilitar a digestão e matar microorganismos indesejados.
- Em cosméticos: ao criar um permanente, o cabelo é desnaturado para mudar sua forma.
- Na bioquímica: Na bioquímica a desnaturação é usada para desdobrar proteínas, por exemplo, no sequenciamento de proteínas. Quando as moléculas estão ligadas a uma proteína, a termoestabilidade da proteína pode ser aumentada.
Desnaturação – Tudo o que você precisa saber de relance!
Por último, mas não menos importante, você obtém rapidamente os fatos mais importantes sobre desnaturação.
- As biomoléculas, como as proteínas, são estruturalmente alteradas como resultado da desnaturação. Isso geralmente afeta apenas a estrutura secundária, terciária e quaternária, não a estrutura primária da proteína.
- Sob certas circunstâncias, este processo pode ser reversível (reversível), mas é principalmente irreversível (irreversível), uma vez que a molécula muitas vezes não pode mais desempenhar sua função corretamente devido à estrutura alterada.
- As causas da desnaturação podem ser, por exemplo, substâncias químicas, temperaturas extremas, metais pesados ou radiação UV.
- Tipos importantes de desnaturação são desnaturação por calor, desnaturação por pressão ou radiação, ou desnaturação por influências químicas, como ácidos e álcalis.
- A desnaturação ocorre durante a produção e conservação dos alimentos e na bioquímica Aplicativo.
- Um exemplo bem conhecido de desnaturação é o albúmen em ovos de galinha, que endurece quando cozido.