Денатурация белков

Под денатурацией белка понимают ряд структурных изменений приводящих к потере молекулой нативной конформации, активности, а затем и функции. При денатурации происходит расщепление ионных, водородных, гидрофобных и дисульфидных связей, в результате разрушается четвертичная, третичная и вторичная структура. Появляющиеся при этом полипептиды, приобретают форму беспорядочного рыхлого клубка, становятся нерастворимыми и, как правило, выпадают в осадок.

Денатурацию белков вызывают некоторые химические и физические факторы. Механизм действия химических веществ определяется их строением. Например, мочевина, гуанидинхлорид и др. амиды разрушают водородные связи, переключая их "на себя", в концентрациях 6-10 М они нарушают одновременно гидрофобные взаимодействия.

Умеренно полярные органические растворители (низшие спирты, этиленгликоль и др.) резко уменьшают диэлектрическую константу растворителя белков, одновременно нарушают гидрофобные взаимодействия в молекулах, в результате увеличиваются ионные взаимодействия между заряженными группами. Образование прочных внутри- и межмолекулярных ионных связей приводит к денатурации белка. Неполярные алифатические и ароматические углеводороды разрушают гидрофобные связи в результате прямого взаимодействия с гидрофобными R-группами белка.

Ионы тяжелых металлов образуют нерастворимые солеобразные комплексы с полярными группами белков, искажая систему ионных и водородных связей.

Для трихлоруксусной кислоты, дубильных веществ (танин и др.) механизм денатурации включает как воздействие на водородные связи, так и блокирование полярных R-групп.

Большинство белков денатурирует в сильно кислой (рН<2) и сильно щелочной (рН>10) среде. В этих условиях практически все диссоциирующие группы белка имеют одноименный заряд (±NH3 в кислой и –COO- в щелочной среде). Взаимное отталкивание одноименных зарядов вызывает разрыв части водородных связей, гидрофобных взаимодействий с нарушением нативной конформации.

Из физических факторов наиболее распространенным и широко используемым является нагревание. Усиление теплового движения полипептидных цепей приводит к разрыву водородных связей и гидрофобных взаимодеиствий. Скорость тепловой денатурации зависит oт степени гидротации молекул, pH среды, присутствия солей. Тепловая денатурация сопровождается агрегацией белковых молекул и выпадением в осадок. Нагревание до +60 °С приводит к денатурации многих белков животных и микроорганизмов.

Белки денатурируют при многих механических воздействиях: высоком давлении, растирании сухих препаратов, интенсивном встряхивании растворов, воздействии ультразвука, ультрафиолетовых лучей, ионизирующей радиации.

При денатурации изменяются многие физико-химические свойства белков, в т.ч. растворимость и набухаемость.

Потеря белками биологической активности называется инактивацией, например, ферментов, гормонов, микроорганизмов, вирусов. Это является важным фактором денатурации и широко используется в пищевой промышленности, медицине и др. отраслях.

Медленная денатурация белков происходит при старении организма животных, человека, микроорганизмов, при длительном хранении семян, в результате чего, у них уменьшается набухаемость белков, их эластичность и т.д.

Различают обратимую и необратимую денатурацию. При слабом факторе и непродолжительном его действии, возникающие первые этапы денатурации в большинстве случаев имеют обратимый характер, белки могут восстановить нативную конформацию, функцию и активность. Полная денатурация белка необратима. Способность к денатурации белков используется для длительного хранения сырья и готовой продукции, т.к. теряют активность ферменты не только сырья и продуктов но и микроорганизмов, попавших на них как на питательную среду. Превращение компактной молекулы в беспорядочный рыхлый клубок приводит к тому, что большинство пептидных связей становятся доступными действию протеолитических ферментов. В связи с этим переваривание денатурированных белков протекает с большей скоростью, чем нативных.