Desnaturação

Em bioquímica , a desnaturação é o processo pelo qual uma macromolécula biológica, ácido nucleico ou proteína , perde sua conformação tridimensional normal: as proteínas perdem seu dobramento e se desdobram, as duas fitas emparelhadas de duplexes de ácido nucleico se separam. Essa conformação tridimensional é mais frequentemente necessária para que as macromoléculas biológicas possam cumprir sua função e, portanto, a desnaturação em geral inativa essas macromoléculas biológicas.

Desnaturação de ácidos nucléicos

Diz-se que o DNA é desnaturado quando as duas fitas complementares das quais ele é normalmente feito são separadas. Isso é conseguido, por exemplo, aumentando a temperatura ou adicionando agentes caotrópicos como a ureia . Quando a desnaturação é realizada por aquecimento, a temperatura na qual metade das moléculas de DNA são desnaturadas é chamada de temperatura de fusão molecular . A desnaturação ocorre quando os choques de temperatura conseguem quebrar as ligações de hidrogênio entre os dois fios. Quando a temperatura cai novamente, as cadeias complementares se reassociam duas a duas com o reaparecimento das ligações H. A composição de nucleotídeos da cadeia tem um efeito na temperatura de fusão: cadeias contendo muitas bases C e G (envolvendo 3 ligações H entre as nucleotídeos voltados um para o outro nas duas fitas) são mais estáveis e, portanto, difíceis de desnaturar do que as cadeias contendo mais bases A e T ( 2 ligações ).

A renaturação é a operação reversa de reassociação de duas fitas de DNA que se recombinam em uma única molécula de fita dupla. A desnaturação do DNA pode ser feita com um termociclador .

O RNA também pode adotar uma estrutura complexa que compreende emparelhamentos de bases que permitem que ele desempenhe várias funções ( catálise , reconhecimento molecular ...). Esta estrutura pode ser quebrada pelos mesmos processos físico-químicos do DNA (temperatura, agentes caotrópicos )

Desnaturação de proteínas

A desnaturação de uma proteína corresponde à desorganização da estrutura espacial sem quebrar as ligações covalentes e em particular as ligações peptídicas , porque apenas as ligações secundárias estão em causa. A cadeia polipeptídica é então parcial ou totalmente desdobrada.

Consequências da desnaturação

A desnaturação de uma proteína geralmente tem várias consequências importantes:

Perda de atividade biológica . A atividade biológica das proteínas, em particular das enzimas , depende fortemente da organização espacial dos aminoácidos que as compõem, por exemplo ao nível de um sítio ativo . A perda de dobramento leva à perda de atividade.

Mudança nas propriedades ópticas . Várias características podem ser afetadas, absorção em UV , fluorescência e dicroísmo circular . Os dois primeiros efeitos resultam de uma mudança na polaridade do ambiente de cromóforos como o triptofano , que mudam de um ambiente hidrofóbico (o núcleo da proteína) para um ambiente polar (o solvente aquoso). O último efeito está relacionado à perda de estruturas secundárias , hélices α e folhas β

Mudança na solubilidade . A solubilidade depende da área de superfície de interação entre a proteína e o ambiente aquoso. A modificação da estrutura espacial afeta profundamente esta superfície de interação e, portanto, modifica a solubilidade. Em particular, os contatos entre as áreas hidrofóbicas da proteína não dobrada podem levar à agregação e precipitação da proteína.

Agentes desnaturantes

Eles são numerosos e podem ser de natureza física ou agentes químicos.

Agentes físicos

A temperatura : O aumento da temperatura provoca um movimento térmico dos átomos da molécula. Isso causa uma quebra de interações intermoleculares, como ligações de hidrogênio, que estabilizam a estrutura espacial. Isso ocorre porque as ligações de hidrogênio servem para estabilizar as proteínas em uma forma tridimensional, onde podem desempenhar suas funções. Em alta temperatura, as ligações de hidrogênio são quebradas e não conseguem mais manter a forma da proteína, que então não é mais funcional. A maioria das proteínas é, portanto, desnaturada em 41 graus Celsius, o que explica a periculosidade das febres altas em humanos. Esse processo faz com que a ovalbumina, a proteína da clara do ovo, coagule quando os ovos são cozidos.
Modificação do pH : provoca uma modificação das cargas transportadas pelos grupos ionizáveis e, portanto, altera as ligações iônicas e de hidrogênio estabilizando a estrutura espacial.
a radiação

Agentes químicos

Os agentes caotrópicos , como ureia ou cloreto de guanidina . Em altas concentrações, esses compostos enfraquecem fortemente as ligações de hidrogênio (principais ligações de baixa energia responsáveis pela manutenção das estruturas secundária, terciária e quaternária das proteínas).

Os agentes redutores de tióis, tais como 2-mercaptoetanol ou DTT (ditiotreitol). Eles permitem a redução (quebra) de pontes dissulfeto e podem, assim, contribuir para o enfraquecimento da estrutura terciária ou quaternária das proteínas.

As bases e ácidos , alterando o pH (veja acima, Agentes Físicos).

O detergente , alterando a interação com o solvente aquoso.

Os íons de metais pesados .

Notas e referências