Denatūravimas reiškia, kad medžiaga tampa neveiksminga tam tikram tikslui, nekeičiant jos cheminės sudėties. Šis terminas turi daug konkretesnių reikšmių, tačiau dažniausiai vartojamas kalbant apie baltymus ir nukleino rūgštis. Jas sudaro į grandinę panašios molekulės, kurios gali susilankstyti įvairiais būdais, sudarydamos sudėtingas trimates formas. Grandinių jungtis sulaiko stiprūs kovalentiniai ryšiai, tačiau raukšlės susidaro dėl įvairių tipų ryšių, kurie paprastai yra silpnesni ir kuriuos gali nutraukti šiluma ir įvairūs cheminiai veiksniai. Teigiama, kad molekulės buvo denatūruotos, kai kai kurie arba visi šie ryšiai buvo nutrūkę, todėl jos praranda formą, tačiau grandinės liko nepažeistos, o cheminė sudėtis nepakitusi.
Baltymų ir nukleorūgščių struktūra
Baltymai yra sudaryti iš aminorūgščių ir yra suskirstyti į kelis skirtingus struktūrinius lygius. Pirminė struktūra yra tiesiog aminorūgščių statybinių blokų seka, apibrėžianti baltymą. Šie statybiniai blokai yra laikomi kartu kovalentinėmis jungtimis, žinomomis kaip peptidiniai ryšiai. Antrinės, tretinės ir ketvirtinės struktūros apibūdina trijų matmenų baltymų subvienetų, sveikų baltymų ir baltymų kompleksų išdėstymą. Šios struktūros susidaro dėl aminorūgščių statybinių blokų grandinių, kurios susilanksto ant savęs, nes susidaro įvairių tipų santykinai silpni ryšiai tarp vienetų skirtingose grandinės dalyse.
Antrinė struktūra susidaro dėl vandenilio jungties tarp vandenilio atomo viename aminorūgščių vienete ir deguonies atomo kitame. Tai gali sudaryti suvyniotą arba į lakštą panašią darinį arba abiejų derinį. Tretinė struktūra susidaro dėl ryšių, susidarančių tarp šių ritinių ir lakštų, suteikiančių trimatį baltymo vienetą. Ketvirtinė struktūra susidaro sujungiant du ar daugiau šių vienetų.
Tretinės ir ketvirtinės struktūros yra laikomos kartu įvairių tipų jungtimis, įskaitant vandenilio ryšius. Taip pat gali susidaryti kovalentiniai disulfidiniai ryšiai tarp sieros atomų dviejuose aminorūgščių vienetuose. „Druskos tilteliai“ susidaro, kai priešingai įkrautos molekulių dalys traukia viena kitą panašiai kaip druskose esantys joniniai ryšiai.
Denatūracija paprastai neturi įtakos pirminei struktūrai, tačiau ji sukelia sudėtingų trijų dimensijų baltymų degradaciją. Dauguma baltymų funkcijų atsiranda dėl cheminių savybių, atsirandančių dėl trimačių aminorūgščių grandinių išdėstymo, todėl tokių struktūrų degradacija paprastai lemia baltymų funkcijos praradimą. Fermentai yra svarbi baltymų klasė, kurioje molekulių formos yra labai svarbios jų funkcijoms.
Nukleino rūgštys, tokios kaip DNR ir RNR, turi dvi grandines, sudarytas iš vienetų, žinomų kaip bazės. Sruogos yra sujungtos į dvigubos spiralės formą vandeniliniais ryšiais tarp bazių priešingose pusėse. Denatūravimo metu sruogos yra atskiriamos nutrūkus šioms jungtims.
Denatūracijos priežastys
Daugybė veiksnių gali sukelti baltymų ir nukleino rūgščių denatūravimą. Kaitinant molekulės intensyviau vibruoja, todėl gali nutrūkti ryšiai, ypač silpnesni. Daugelis baltymų bus denatūruoti, jei jie bus kaitinami iki aukštesnės nei 105.8 °F (41 °C) temperatūros, dėl vandenilinių jungčių nutrūkimo. Žinomas pavyzdys – kaitinamas kiaušinio baltymas vykstantis pokytis: baltymas albuminas denatūruojamas ir iš skaidraus gelio virsta balta kieta medžiaga. Baltymai taip pat denatūruojami gaminant maistą – šis procesas naikina kenksmingus mikroorganizmus.
Denatūraciją taip pat gali sukelti įvairūs cheminiai veiksniai. Stiprios rūgštys ir bazės dėl savo joninės prigimties sąveikauja su druskų tilteliais, kurie padeda išlaikyti tretines baltymų struktūras. Teigiamai ir neigiamai įkrautos šių junginių dalys pritraukiamos priešingai įkrautos baltyminio druskos tilto dalyse, suardant ryšį tarp skirtingų baltymų grandinės dalių. Tokį poveikį gali turėti ir kai kurių metalų druskos.
Taip pat gali nutrūkti kovalentiniai disulfidiniai ryšiai, dėl kurių gali denatūruotis. Kai kurių sunkiųjų metalų, tokių kaip švinas, gyvsidabris ir kadmis, junginiai gali tai padaryti, nes jie lengvai jungiasi su siera. Sieros ir sieros jungtis taip pat gali nutrūkti, kai kiekvienas sieros atomas jungiasi su vandenilio atomu. Kai kurios redukuojančios medžiagos sukels šį poveikį.
Įvairūs organiniai tirpikliai taip pat gali turėti denatūravimo efektą, nutraukdami vandenilinius ryšius tarp aminorūgščių, išlaikančių tretinę struktūrą. Vienas iš pavyzdžių yra etanolis, paprastai vadinamas alkoholiu. Jis pats sudaro vandenilinius ryšius su baltymų molekulių dalimis, pakeisdamas pirmines.
Denatūruotas alkoholis
Terminas „denatūravimas“ kartais vartojamas kalbant apie procesą, kai maistas ar gėrimas tampa nevalgomais, bet vis tiek naudingi kai kurioms funkcijoms, išskyrus vartojimą. Dažniausias to pavyzdys yra denatūruotas alkoholis, dar vadinamas metilo spiritu. Produktas dažnai naudojamas kaip tirpiklis ar kuras, o geriamajam alkoholiui taikomų mokesčių galima išvengti, kai jis naudojamas kitiems tikslams, jei jis tampa netinkamas gerti. Pats alkoholis chemiškai nepakeičiamas, bet priedai, dažniausiai metanolis, daro jį toksišku.