Desnaturalización

En bioquímica , la desnaturalización es el proceso por el cual una macromolécula biológica, un ácido nucleico o una proteína , pierde su conformación tridimensional normal: las proteínas pierden su plegamiento y se despliegan, las dos cadenas emparejadas de dúplex de ácidos nucleicos se separan. Esta conformación tridimensional es a menudo necesaria para que las macromoléculas biológicas puedan cumplir su función y, por tanto, la desnaturalización en general inactiva estas macromoléculas biológicas.

Desnaturalización de ácidos nucleicos.

Se dice que el ADN se desnaturaliza cuando se separan las dos hebras complementarias de las que normalmente está hecho. Esto se consigue, por ejemplo, aumentando la temperatura o añadiendo agentes caotrópicos como la urea . Cuando la desnaturalización se realiza mediante calentamiento, la temperatura a la que se desnaturalizan la mitad de las moléculas de ADN se denomina temperatura de fusión molecular . La desnaturalización se produce cuando los choques debidos a la temperatura logran romper los enlaces de hidrógeno entre las dos hebras. Cuando la temperatura desciende, las cadenas complementarias se reasocian de dos en dos con la reaparición de los enlaces H. La composición de nucleótidos de la cadena tiene un efecto sobre la temperatura de fusión: cadenas que contienen muchas bases C y G (que implican enlaces 3 H entre los nucleótidos uno frente al otro en las dos hebras) son más estables y, por lo tanto, difíciles de desnaturalizar que las cadenas que contienen más bases A y T ( 2 enlaces ).

La renaturalización es la operación inversa de reasociación de las dos cadenas de ADN que se recombinan en una sola molécula de doble cadena. La desnaturalización del ADN se puede realizar con un termociclador .

El ARN también puede adoptar una estructura compleja que comprende emparejamientos de bases que le permiten realizar diversas funciones ( catálisis , reconocimiento molecular ...). Esta estructura puede romperse por los mismos procesos fisicoquímicos que para el ADN (temperatura, agentes caotrópicos )

Desnaturalización de proteínas

La desnaturalización de una proteína corresponde a la desorganización de la estructura espacial sin romper los enlaces covalentes y en particular los enlaces peptídicos , porque sólo se trata de enlaces secundarios . A continuación, la cadena polipeptídica se despliega parcial o totalmente.

Consecuencias de la desnaturalización

La desnaturalización de una proteína suele tener varias consecuencias importantes:

Pérdida de actividad biológica . La actividad biológica de las proteínas, en particular de las enzimas , depende en gran medida de la organización espacial de los aminoácidos que las componen, por ejemplo, a nivel de un sitio activo . La pérdida de plegamiento conduce a la pérdida de actividad.

Cambio de propiedades ópticas . Varias características pueden verse afectadas, absorción en UV , fluorescencia y dicroísmo circular . Los dos primeros efectos resultan de un cambio en la polaridad del ambiente de cromóforos como el triptófano , que cambian de un ambiente hidrofóbico (el núcleo de la proteína) a un ambiente polar (el solvente acuoso). El último efecto está relacionado con la pérdida de estructuras secundarias , hélices α y láminas β.

Cambio de solubilidad . La solubilidad depende del área superficial de interacción entre la proteína y el ambiente acuoso. La modificación de la estructura espacial afecta profundamente esta superficie de interacción y por lo tanto modifica la solubilidad. En particular, los contactos entre áreas hidrófobas de la proteína desplegada pueden conducir a la agregación y precipitación de la proteína.

Agentes desnaturalizantes

Son numerosos y pueden ser de naturaleza física o agentes químicos.

Agentes físicos

La temperatura : El aumento de temperatura provoca un movimiento térmico de los átomos de la molécula. Esto provoca una ruptura de las interacciones intermoleculares, como los enlaces de hidrógeno, que estabilizan la estructura espacial. Esto se debe a que los enlaces de hidrógeno sirven para estabilizar proteínas en forma tridimensional donde pueden realizar sus funciones. A alta temperatura, los enlaces de hidrógeno se rompen y ya no pueden mantener la forma de la proteína, que entonces ya no es funcional. La mayoría de las proteínas se desnaturalizan a partir de los 41 grados centígrados, lo que explica la peligrosidad en los humanos de las fiebres altas. Este proceso hace que la ovoalbúmina, la proteína de la clara de huevo, se coagule cuando se cuecen los huevos.
Modificación del pH : provoca una modificación de las cargas que llevan los grupos ionizables, y por tanto altera los enlaces iónicos y de hidrógeno estabilizando la estructura espacial.
la radiación

Agentes químicos

Los agentes caotrópicos como la urea o el cloruro de guanidina . A altas concentraciones, estos compuestos debilitan fuertemente los enlaces de hidrógeno (principales enlaces de baja energía responsables de mantener las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas).

Los agentes reductores de tioles como el 2-mercaptoetanol o DTT (ditiotreitol). Permiten la reducción (ruptura) de los puentes disulfuro y, por tanto, pueden contribuir a debilitar la estructura terciaria o cuaternaria de las proteínas.

Las bases y ácidos , alterando el pH (ver arriba, Agentes físicos).

El detergente , cambiando la interacción con el disolvente acuoso.

Los iones de metales pesados .

Notas y referencias