Denaturatsioon

in Denaturatsioon Biomolekulid nagu valgud ja nukleiinhapped kaotavad bioloogilise aktiivsuse struktuurimuutuste tõttu. Siiski säilib biomolekulide esmane struktuur. Kehas on nii vajalikke kui ka kahjulikke denaturatsiooniprotsesse.

Mis on denaturatsioon?

Denaturatsioon viitab valkude ja nukleiinhapete sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri hävitamisele füüsikaliste ja keemiliste mõjude kaudu. Füüsikalised mõjud tähistavad soojust, rõhku või suure energiaga kiirgust. Keemiliselt põhjustavad denaturatsiooni happed, leelised, kaotroopid, pesuained, alkohol või muud ühendid.

Nendele struktuurimuutustele vaatamata säilitatakse esmane struktuur. Primaarset struktuuri iseloomustab aminohapete järjestus valkudes või lämmastikalused nukleiinhapetes. Teisene struktuur kirjeldab biomolekulide voltimist vesiniksidemete, polaarsete interaktsioonide, ioonsete sidemete ja hüdrofoobsete interaktsioonide mõjul. Peale disulfiidsildade moodustamise erinevate väävlit sisaldavate aminohapete vahel ei muudeta teisi kovalentseid sidemeid.

Tertsiaarses struktuuris moodustuvad voldide kaudu biomolekulaarses ahelas ruumilised struktuurid. Kvaternaarset struktuuri iseloomustab mitme ahelaga ruumilise struktuuri moodustumine. Valgud ja nukleiinhapped arendavad oma bioloogilist aktiivsust ainult sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri moodustamise kaudu.

Denatureerimise korral hävitatakse need struktuurid füüsiliste sidemete lahustumisel üksikute aatomirühmade vahel ja keemilise sideme vahel disulfiidrühmades. Ehkki primaarstruktuur säilib, on bioloogiline aktiivsus kadunud.

Denaturatsioonid toimuvad pidevalt nii kehas kui ka sees. Tüüpiline denatureerimise näide on muna kõvenemine keetmise ajal. Enamik denaturatsioone on pöördumatud. Kuid need võivad olla ka pöörduvad.

Funktsioon ja ülesanne

Denaturatsioon toimub pidevalt looma- ja inimorganismides. Toiduvalgud tuleb kõigepealt valmistada keemiliseks jaotamiseks üksikuteks aminohapeteks. See ei ole võimalik ilma sekundaarsete, tertsiaarsete või kvaternaarsete struktuuride kokkupuuteta. Peptidaasid saavad aktiivseks muutuda alles siis, kui valguahel on lahti tehtud.

Maos viib maohappe mõju toiduvalkude denatureerumiseni. Pärast väravavahi läbimist lagundatakse ettevalmistatud kiim veel keemiliselt pankrease seedeensüümide toimel. Süsivesikud, rasvad ja valgud jaotatakse vastavateks monomeerideks. Peptidaaside mõjul tekitavad denatureeritud toiduvalgud üksikuid aminohappeid, mis muundatakse keha enda valkudeks.

Maos denatureerivaks aineks on maohape, mis koosneb suuresti vesinikkloriidhappest. Kuid maohape ei lagunda ainult toiduvalke. Samuti hävitab see denaturatsiooni kaudu paljusid toiduga alla neelatud patogeene.

Valkude ja nukleiinhapete denatureerimine mängib olulist rolli ka immuunsuse kaitses. Võõrvalkude osakesed (mikroobe) ja haiged või surnud keharakud imenduvad ja lahustatakse nn makrofaagide abil. Need lagundatakse niinimetatud lüsosoomides.Lüsosoomid on rakuorgaanid, mis lõhustavad ensüümide abil võõraid aineid ja organismi enda aineid. Makrofaagid sisaldavad eriti suurt hulka lüsosoome. Lüsosoomide sees on madal pH väärtus (happeline keskkond). Seal denatureeritakse esmalt valgu ja nukleiinhappe komponendid ning seejärel lagundatakse seedeensüümide toimel.

Lisaks ilmneb infektsiooni ajal sageli kõrge temperatuur. Palaviku korral surevad kuumuse mõjul denatureerimise teel ka tundlikud mikroobe.

Lüsosoomid ei sisaldu ainult makrofaagides, vaid ka kõigis teistes keharakkudes, sest igas rakus tuleb kasutuskõlbmatud jäätmed ja valgukomponendid lagundada. Siiani kirjeldatud denaturatsiooniprotsessid on organismi jaoks üliolulised.

Ravimid leiate siit

Haigused ja tervisehäired

Kuid kehas toimuvate denaturatsioonide suhtes on ka patoloogilisi protsesse. Nakkuste korral ei tapa palavik ainult mikroobe, sest pikaajaline kõrge temperatuur võib hävitada ka organismi enda valke. See kehtib eriti väga tundlike ensüümide kohta. Kui kehatemperatuur ületab pikka aega 40 kraadi, muutuvad paljud ensüümid ebaefektiivseks. Seetõttu võib väga kõrge palavik organismile surmaga lõppeda. Kui aga kõrge temperatuur langeb kuue tunni jooksul uuesti, on kahjustused siiski pöörduvad.

Valkude denatureerumist põhjustab ka raskmetallide mõju. Raskemetallid võivad moodustada valkudega komplekse. See muudab nende tertsiaarset ja kvaternaarset struktuuri. Ka siin on ensüümid eriti mõjutatud. Seetõttu põhjustavad raskemetallide kuhjumised organismis raskeid kroonilisi ja mõnikord surmaga lõppevaid haigusi.

Hapete või alustega keemiliste põletuste korral on küsimus ka keha enda valkude denatureerumises nahas. Mõjutatud koe surm käivitab põletikulised protsessid, mis põhjustavad sügelust ja raskeid nahareaktsioone. Lisaks põhjustavad põletused keha enda valkude denaturatsiooni nahas ja sidekoes.

Rasket verejooksu ravitakse meditsiinis sageli kõrgsagedusliku elektrienergiaga. Kudede temperatuur soojendatakse korraks kuni 80 kraadi. Selle tulemusel koaguleeruvad koevalgud ja sidekoe kiud. Nii saab haava tõhusalt sulgeda.

Paljud vanaduse haigused on seotud ka muutustega valkude sekundaarses ja tertsiaarses struktuuris. Kuigi nendel juhtudel puudub täielik denaturatsioon, esinevad muu hulgas voldid ja naastud. Tuntud näide on Alzheimeri tõvega patsientide seniilsed naastud. Seniilsed naastud on aju valguladestused, mis moodustuvad kolmanda astme struktuuris voldide kaudu. Selle protsessi põhjused pole aga veel teada. Samuti käsitletakse alumiiniumi mõju kastevalgu struktuurimuutustele.