Bij denaturatie kunnen biomoleculen zoals eiwitten en nucleïnezuren hun biologische activiteit verliezen als gevolg van structurele veranderingen. De primaire structuur van biomoleculen blijft echter intact. In het lichaam zijn er zowel noodzakelijke als schadelijke denaturatieprocessen.
Wat is denaturatie?
In het maag, denaturatie van voedsel eiwitten treedt op onder invloed van maagzuur Denaturatie verwijst naar de vernietiging van de secundaire, tertiaire en quartaire structuur van eiwitten en nucleïnezuren door fysische en chemische invloeden. Fysieke invloeden vertegenwoordigen warmte, druk of hoogenergetische straling. Chemisch gezien worden denaturaties veroorzaakt door zurenalkaliën, chaotropen, detergentia, alcohol of andere verbindingen. Ondanks deze structurele veranderingen blijft de primaire structuur echter intact. De primaire structuur wordt gekenmerkt door de volgorde van aminozuren in eiwitten (albumine) of stikstof bases in nucleïnezuren De secundaire structuur beschrijft de vouwing van biomoleculen onder invloed van waterstof bonds, polair interacties, ionische bindingen en hydrofobe interacties. Behalve de vorming van disulfidebindingen tussen verschillende zwavel-bevattende aminozuren, worden de andere covalente obligaties niet gewijzigd. In de tertiaire structuur worden ruimtelijke structuren gevormd binnen een biomolecuulketen als gevolg van de vouwen. De quartaire structuur kenmerkt zich door de ruimtelijke structuurvorming met meerdere ketens. In dit proces eiwitten en nucleïnezuur zuren ontwikkelen hun biologische activiteit alleen door de vorming van de secundaire, tertiaire en quartaire structuren. Denaturatie vernietigt deze structuren door de fysieke bindingen tussen de individuele atoomgroepen en de chemische bindingen binnen de disulfidegroepen te verbreken. Hoewel de primaire structuur behouden blijft, gaat biologische activiteit verloren. Zowel buiten als binnen het lichaam vindt continu denaturatie plaats. Een typisch voorbeeld van denaturatie is de hardheid van het ei tijdens koken In de meeste gevallen zijn denaturaties onomkeerbaar. Ze kunnen echter ook omkeerbaar zijn.
Functie en taak
Denaturaties komen constant voor in dierlijke en menselijke organismen. Dieetproteïnen moeten bijvoorbeeld eerst worden voorbereid voor chemische afbraak in het individu aminozuren Dit is niet mogelijk zonder vertering van de secundaire, tertiaire of quartaire structuren. De peptidasen kunnen pas actief worden als de eiwitketen is ontvouwen. In de maag, de invloed van maagzuur veroorzaakt denaturatie van de voedseleiwitten. Nadat het door de maagpoort is gegaan, wordt het verwerkte voedselpulp verder chemisch afgebroken door het spijsverteringskanaal enzymen van de alvleesklier. koolhydraten, vetten en eiwitten worden afgebroken tot hun overeenkomstige monomeren. Onder invloed van peptidasen, de individuele amino zuren worden gevormd uit de gedenatureerde voedingseiwitten, die in het lichaam worden omgezet in endogene eiwitten. De agent voor denaturatie in het maag is maagzuur, dat voornamelijk bestaat uit zoutzuur Maagzuur breekt echter niet alleen voedseleiwitten af. Het vernietigt ook veel van het voedsel dat wordt overgedragen pathogenen door ze te denatureren. De denaturatie van eiwitten en nucleïnezuren speelt ook een belangrijke rol bij de immuunafweer. Dus vreemde eiwitdeeltjes (ziekte kiemen) en zieke of dode lichaamscellen worden opgenomen en opgelost door zogenaamde macrofagen. Hun vertering vindt plaats in de zogenaamde lysosomen. Lysosomen zijn celorganellen die met behulp van lichaamsvreemde en endogene stoffen afbreken enzymen Macrofagen bevatten een bijzonder groot aantal lysosomen. Binnen de lysosomen is er een lage PH-waarde (zure omgeving). Daar worden eiwit- en nucleïnezuurcomponenten eerst gedenatureerd en vervolgens verteerd door spijsvertering enzymen Bovendien treden tijdens een infectie vaak verhoogde temperaturen op. In het geval van koorts, zelfs een gevoelige ziekte kiemen worden gedood door denaturatie onder invloed van warmte. Lysosomen zijn niet alleen aanwezig in macrofagen, maar ook in alle andere lichaamscellen, omdat in elke cel onbruikbare afvalproducten en eiwitcomponenten moeten worden verteerd. De tot dusver beschreven denaturatieprocessen zijn essentieel voor het organisme.
Ziekten en kwalen
In verband met denaturaties die in het lichaam plaatsvinden, zijn er echter ook pathologische processen, bijvoorbeeld bij infecties koorts doodt niet kiemen alleen, omdat langdurige hoge temperaturen ook de lichaamseigen eiwitten kunnen vernietigen. Dit treft vooral de zeer gevoelige enzymen. Als de lichaamstemperatuur gedurende lange tijd boven de 40 graden uitkomt, worden veel enzymen ineffectief. Daarom erg hoog koorts heeft een mogelijk fatale uitwerking op het organisme. Als de hoge temperatuur echter binnen zes uur weer daalt, is de schade nog steeds omkeerbaar. Denaturaties van eiwitten worden ook veroorzaakt door effecten van zware metalen. Zware metalen kan complexen vormen met eiwitten. Dit verandert hun tertiaire en quartaire structuren. Nogmaals, enzymen worden bijzonder getroffen. Dit is de reden waarom zware metalen zich ophopen in het organisme leiden tot ernstige chronische en soms dodelijke ziekten. Zuur of alkali brandwonden omvatten ook denaturatie van endogene eiwitten in de huid De dood van het aangetaste weefsel initieert ontstekingsprocessen die leiden tot jeuk en ernstig huid reacties. Verder brandwonden leiden tot denaturatie van endogene eiwitten van de huid en bindweefsel In de geneeskunde wordt ernstige bloeding vaak behandeld met hoogfrequente stroom. Hierbij wordt de weefseltemperatuur kortstondig opgewarmd tot 80 graden. Als resultaat, weefseleiwitten en bindweefsel vezels coaguleren. Hierdoor kan de wond effectief worden gesloten. Veel leeftijdsgerelateerde ziekten worden ook in verband gebracht met veranderingen in de secundaire en tertiaire structuur van eiwitten. Hoewel in deze gevallen geen volledige denaturatie optreedt, leidt dit wel tot onder meer hervouwing en vorming van plaques. Een bekend voorbeeld zijn de seniele plaques in Alzheimer patiënten. Seniele plaques zijn eiwitafzettingen in de hersenen die vorm als gevolg van vouwen in de tertiaire structuur. De oorzaken van dit proces zijn echter nog niet bekend. Onder andere een invloed van aluminium over de structurele veranderingen van het tau-eiwit wordt besproken.
