desnaturalización definición

desnaturalización de una molécula biológica se refiere a la pérdida de su estructura tridimensional (3-D). Dado que moléculas como las proteínas y el ADN dependen de su estructura para cumplir su función, la desnaturalización se acompaña de una pérdida de función. Sin embargo, la desnaturalización no tiene ningún impacto en la secuencia de aminoácidos de la proteína en sí.

estructura de las proteínas

la estructura de una proteína se puede dividir en cuatro niveles – primario, secundario, terciario y cuaternario., Las proteínas están hechas de polímeros lineales de aminoácidos y esto forma su estructura primaria. Incluso cuando el polipéptido se sintetiza en un ribosoma, comienza a plegarse y formar elementos de su estructura secundaria. Las características más comunes de la estructura secundaria de una proteína son hélices alfa y hojas plisadas beta formadas a través de un extenso enlace de hidrógeno. Estas estructuras locales formadas por aminoácidos adyacentes se unen para formar la estructura terciaria, donde los residuos que están lejos unos de otros en la estructura primaria pueden unirse en la misma región espacial., Esto permite que los aminoácidos específicos estén presentes en el sitio activo, o para la interacción con otras moléculas y para ser apoyados por otras partes de la proteína que doblan en una forma distintiva.

en ocasiones las proteínas están compuestas de más de un polipéptido. Por ejemplo, la hemoglobina es un tetrámero formado de cuatro subunidades del polipéptido., La forma en que estas subunidades se unen para crear una proteína funcional forma la estructura cuaternaria.

excepto por la estructura primaria, los tres niveles restantes de la estructura proteica dependen principalmente de enlaces no covalentes como enlaces de hidrógeno o interacciones dipolo-dipolo. Por lo tanto, son sensibles a los cambios de temperatura, acidez, concentración de sal o la presencia de disolventes fuertes., Incluso las alteraciones leves en el microambiente de una proteína pueden conducir a la pérdida de forma y función 3D.

ejemplos de proteínas desnaturalizadas

aunque la desnaturalización de proteínas es perjudicial para la supervivencia celular, a menudo se encuentra en la vida diaria. Por ejemplo, la clara de huevo está hecha principalmente de proteínas solubles y es líquida y translúcida en huevos frescos. Cuando se hierve, el calor desnaturaliza las proteínas y las hace perder solubilidad. Las proteínas desnaturalizadas se agregan y forman una masa que ahora es opaca y sólida., Del mismo modo, la alteración del pH de la leche mediante la adición de ácidos como el ácido cítrico del jugo de limón desnaturaliza las proteínas de la leche y cuaja la leche. La porción blanca sólida que se separa del suero es proteína desnaturalizada. Esto también se puede ver cuando la leche se cuaja naturalmente debido a la colonización bacteriana. Las bacterias pueden producir ácido láctico como subproducto del metabolismo. Cuando se controla adecuadamente, este proceso de desnaturalización se utiliza para hacer yogur y queso fresco.,

Las proteínas desnaturalizadas están involucradas en una serie de enfermedades, desde el trastorno de Parkinson, el Alzheimer hasta la corea de Huntington. Las personas que sufren de estas enfermedades tienen proteínas anormalmente plegadas en alguna parte de su cuerpo, siendo el cerebro y el sistema nervioso particularmente susceptibles. Además, una de las principales causas de ceguera es la presencia de proteínas desnaturalizadas en el cristalino del ojo. En este caso, se dice que la desnaturalización se debe al envejecimiento o al exceso de exposición a la radiación UV.,

tipos de desnaturalización

la desnaturalización se puede clasificar en función del agente que hace que una proteína pierda su estructura secundaria, terciaria o cuaternaria. Los enlaces de hidrógeno, las interacciones iónicas, las interacciones hidrofóbicas y las fuerzas de Van der Waal están involucradas en mantener juntas estas estructuras. Tales interacciones no covalentes se ven interrumpidas por una serie de factores que incluyen calor, radiación, solventes orgánicos, Ácidos, bases y sales, ya que pueden alterar las interacciones hidrofóbicas en el interior de la proteína, afectar el enlace de hidrógeno e interferir con las interacciones iónicas.,

Tipo I: desnaturalización por cambio en el pH

el pH de una solución tiene un efecto importante en la estructura de la proteína porque cambia el número y la naturaleza de los enlaces de hidrógeno y las interacciones iónicas que tienen lugar entre diferentes aminoácidos. A pH fisiológico, muchas cadenas laterales de aminoácidos se cargan debido a la pérdida o ganancia de un ion hidrógeno.

de hecho, la mayoría de los aminoácidos existen como un zwitterion dentro de las células.,

la imagen muestra los dos isómeros de la alanina, donde el grupo ácido carboxílico pierde un átomo de hidrógeno y obtiene una carga negativa y el grupo amina protón para ser positivo. La carga neta en la molécula permanece cero. Además de estas dos cargas en cada aminoácido, la cadena lateral también puede ser polar o cargada., El ácido aspártico, el ácido glutámico, la arginina, la histidina y la lisina son ejemplos de aminoácidos que contienen una carga extra en condiciones fisiológicas. Sin embargo, la carga de estos aminoácidos depende del pH. por ejemplo, la histidina generalmente se carga positivamente en una célula. Sin embargo, puede ocurrir en cuatro formas diferentes basadas en el pH de la solución. Debido a esto, puede tener una carga neta de -1, 0, +1 o + 2. Esto implica que el pH determinará la naturaleza y el número de enlaces iónicos que un residuo de histidina puede formar con otros aminoácidos.,

Cuando un átomo de hidrógeno está covalentemente unido a un átomo altamente electronegativo como oxígeno o nitrógeno, obtiene una carga positiva parcial. Debido al pequeño tamaño del átomo de hidrógeno, esta carga parcial es suficiente para crear una alta densidad de carga que puede ejercer una fuerte atracción sobre un par solitario de electrones en otro átomo. Esta atracción forma la base de un enlace de hidrógeno. Es sensible a los cambios en el pH porque un cambio en la concentración de iones de hidrógeno puede alterar la naturaleza de los grupos funcionales., Por ejemplo, aminoácidos como asparagina, cisteína o tirosina contienen grupos polares en sus cadenas laterales. Estos átomos pueden interactuar entre sí a través de enlaces de hidrógeno basados en su proximidad espacial y la orientación de diferentes cadenas laterales. Sin embargo, a medida que el pH cambia, estos grupos polares pueden protonarse o desprotonarse, cambiando su capacidad para formar enlaces de hidrógeno. Además, la formación de una hélice alfa o una lámina beta-plisada implica la formación de enlaces de hidrógeno entre los grupos carboxilato y amina de cada aminoácido., Si se interrumpe un gran número de tales interacciones, la proteína se despliega y se desnaturaliza.

finalmente, el pH afecta la carga total de un polipéptido y esto tiene un impacto en la solubilidad de la proteína. Si la carga neta en una proteína se convierte en cero, puede agregarse y precipitarse.

Tipo II: desnaturalización química

ciertos productos químicos y disolventes orgánicos pueden causar desnaturalización de proteínas. Los solventes orgánicos interrumpen la estructura de la proteína porque la mayoría de las proteínas secuestran sus residuos hidrofóbicos hacia el Centro de la molécula cuando se pliegan en su forma única., Esencialmente, la estructura 3D de un polipéptido optimiza la energía de la molécula al reducir la interacción de las cadenas laterales hidrofóbicas con un medio acuoso. La presencia de productos químicos como el benceno o el etanol cambia estas interacciones y ocasionalmente puede conducir a la proteína ‘voltear’ donde los residuos internos se presentan en el exterior con la pérdida de estructura y función.

Los detergentes y otras moléculas anfipáticas también pueden ser particularmente perjudiciales. Estas moléculas tienen el mismo efecto al interrumpir las interacciones hidrofóbicas y los enlaces de hidrógeno., La espuma que se observa durante la extracción de proteínas en los laboratorios, así como la espuma asociada con los detergentes domésticos, se deben, en parte, a su efecto desnaturalizador sobre las proteínas. Los metales pesados y las altas concentraciones de sal pueden afectar la formación de enlaces iónicos, mientras que los agentes caotrópicos como la urea pueden tener un amplio efecto disruptivo en la red de enlaces de hidrógeno.

Tipo III: desnaturalización por calor y radiación

Cuando se aumenta la temperatura de una muestra biológica, conduce a un aumento general de la energía cinética de cada átomo y un aumento de la entropía del sistema., Todos los átomos y moléculas comienzan a tener colisiones de energía más altas entre sí, así como un mayor movimiento de traslación, rotación y vibración. Esto reduce la fuerza de los enlaces de hidrógeno y debilita la influencia de las interacciones hidrofóbicas no polares. Esta es una de las razones por las que el cuerpo utiliza una fiebre alta para combatir las infecciones. Es un intento de retardar o detener el crecimiento de microorganismos para que el sistema inmunológico pueda eliminar los patógenos., Sin embargo, una fiebre alta sostenida también puede ser perjudicial para las proteínas dentro del huésped, por lo que las temperaturas superiores a 104° Fahrenheit (40° Celsius) se consideran peligrosas. La exposición prolongada a la radiación solar también conduce a la pérdida de la estructura proteica. Las quemaduras solares y las cataratas en el ojo son solo dos ejemplos de sus efectos nocivos. La radiación de otras fuentes (como una máquina de rayos X o de materiales radiactivos) también puede causar daño a las proteínas y dar lugar a una serie de dolencias.,

funciones de desnaturalización

el impacto del calor y la radiación en las proteínas también tiene sus ventajas. Los alimentos, especialmente la carne, se cocinan para desnaturalizar las proteínas dentro y hacerlas más fáciles de digerir. Muchos alimentos envasados se irradian para desnaturalizar las proteínas bacterianas y garantizar que los alimentos puedan almacenarse durante largos períodos de tiempo. El cuerpo también segrega ácidos potentes en el estómago para matar patógenos y desnaturalizar proteínas en los alimentos., La acción de las enzimas digestivas aumenta cuando se despliega una proteína porque las peptidasas obtienen acceso a todos los enlaces covalentes que mantienen unido al polipéptido.

Además, la desnaturalización también está involucrada en cambios en la estructura 3D de los ácidos nucleicos. Cuando las dos hebras de un ADN se desenrollan, se dice que está experimentando desnaturalización. Este tipo de desnaturalización es importante para la transcripción y la replicación del ADN. También se explota en técnicas de laboratorio como la reacción en cadena de la polimerasa con el fin de producir un gran número de copias de ADN en un corto espacio de tiempo.,

efectos de la desnaturalización

la desnaturalización conduce a la pérdida de la función proteica. En una enzima basada en proteínas, podría ser un pequeño cambio en la conformación del sitio activo, lo que la hace incapaz de catalizar una reacción. Para proteínas como los anticuerpos, la pérdida de forma elimina su capacidad de reconocer y unirse a los antígenos. Cuando un gran número de proteínas dentro de una célula se desnaturalizan, la célula sufre un estrés severo en la eliminación de estas moléculas y la síntesis de proteínas funcionales. Cuando este proceso abruma a la célula, sufre apoptosis o causa enfermedad., Debido al impacto de la desnaturalización de proteínas en la formación de enfermedades, ha sido de interés analizar si es posible inducir a una proteína a volver a plegarse en su forma original después de la desnaturalización. Hasta ahora, los estudios in vitro solo han logrado lograr esta reversión en unas pocas proteínas como la albúmina sérica, la RNasa y la hemoglobina.

• Anfifilo Una molécula que contiene partes hidrofílicas e hidrofóbicas.
• electronegatividad-una medida de la capacidad de un átomo para atraer un par de electrones., Generalmente se usa en referencia a un enlace covalente polar donde la nube de electrones está sesgada hacia el átomo que es más electronegativo.
• entropía-una medida del grado de desorden dentro de un sistema, que está relacionado con la energía de un sistema no disponible para el trabajo mecánico.residuos hidrofóbicos: aminoácidos que contienen una cadena lateral hidrofóbica unida al carbono alfa, además de contener una amina y un grupo funcional de ácido carboxílico.

Quiz

1., ¿Cuál de estos enlaces no está comúnmente involucrado en la creación de la estructura secundaria o terciaria de una proteína?
A. enlaces de hidrógeno
B. enlaces covalentes
C. interacciones iónicas
D. Ninguna de las anteriores

2. ¿Por qué un cambio en el pH conduce a la desnaturalización de proteínas?
A. altera la secuencia de aminoácidos primarios
B. altera la electronegatividad de un átomo
C. cambia la formación de enlaces de hidrógeno entre varios residuos
D. todo lo anterior

3. ¿Cuál de estas proteínas ha sido renaturalizada con éxito?
A. hemoglobina
B. RNasa
C. albúmina sérica
D. todo lo anterior