11 что такое денатурация белка что может являться причиной денатурации

Денатурация: особенности процесса, влияющие факторы, механизмы и последствия

Что такое белки?

Человеческий организм нуждается в различных типах молекул, и наиболее важными являются молекулы белков, которые содержат азот и состоят из аминокислот. Молекулы белка образуют основной строительный блок мышц и других тканей в организме человека. Их название указывает на то, что они имеют решающее значение для здоровья человека. Слово «белок» происходит от греческого «протеос», что означает «первый» или «первом месте». Каждый белок имеет свое место действия и задачи, которые он выполняет. Функции белка можно разделить на 9 основных:

• рост и сохранение тканей
• биохимические реакции
• передача связи между клетками
• структура ткани
• поддержание правильного pH
• баланс жидкости
• укрепление иммунной системы
• передача и поставка питательных веществ
• обеспечение энергии

Молекулы белка имеют разные размеры, в зависимости от количества аминокислот. Малые молекулы включают, например, инсулин из 51 аминокислоты, в то время как очень большие молекулы включают титан из почти 27 000 аминокислот.Однако размер молекул не имеет значения, для правильного функционирования они должны быть в подходящей форме. Каждый тип белка имеет уникальную форму, которая определяет роль белка в организме. Попробуйте представить белки как ключи, которые принадлежат только определенным дверям в человеческом организме.

Человеческий метаболизм расщепляет белки на более простые частицы — аминокислоты. 20 аминокислот необходимы для роста мышц и обмена веществ, 11 из которых не являются необходимыми. Это означает, что наш организм может создавать их сам, и их не нужно употреблять в пищу. Остальные аминокислоты помечены как незаменимые, и организм человека получает их из пищи и пищевых добавок. Мышечная ткань не может расти или регенерировать без них.

Что такое денатурация белка?

Денатурация — это процесс, при котором структура белковой молекулы нарушается, тем самым теряя свою функцию. Различия в форме белка могут быть вызвать:

• изменение температуры
• изменение pH
• воздействие химических веществ

Денатурация меняет форму белка, но последовательность аминокислот остается прежней. Цель протеина в форме пищевой добавки состоит в том, чтобы восполнить достаточное количество белка, и чтобы пищеварительная система могла разрушиться, тем самым снабжая мышечную ткань. Эта функция не теряется при термообработке белков.

Хорошим примером также является белок пепсин, который действует как фермент и расщепляет белки в желудке. Он работает только при низком pH, теряет свою функцию в среде с высоким pH и денатурирует. По этой причине pH желудка поддерживается на очень низком уровне, чтобы обеспечить правильное функционирование пепсина.

Тепло используется для разрыва водородных связей и неполярных гидрофобных взаимодействий в молекуле белка. Более высокая температура увеличивает кинетическую энергию и заставит молекулы вибрировать очень быстро, пока связи между ними не будут разрушены. Молекула белка разворачивается из своей трехмерной структуры, обеспечивая лучший доступ пищеварительного фермента к белковым связям.

Вот почему мы готовим продукты, чтобы изменить структуру белка и облегчить его переваривание. Например, этот процесс происходит, когда вы готовите яйца. В это время белок из яиц денатурируется и во время варки. После употребления вареных яиц переваривание и усвоение содержащихся в них питательных веществ происходит быстрее. Вы можете быть удивлены тем, что такой же процесс происходит при стерилизации медицинских инструментов. Тепло денатурирует белки в бактериях, которые затем уничтожают бактерии и дезинфицируют объекты.

Особенности процесса

Он сопровождается разворачиванием полипептидной связи, которая в растворе изначально представлена в виде беспорядочного клубка.

Процесс денатурации белка сопровождается утрачиванием гидратной оболочки, выпадением белка в осадок, утрачиванием им нативных свойств.

Среди основных факторов, которые провоцируют процесс денатурации, выделим физические параметры: давление, температуру, механическое действие, ионизирующее и ультразвуковое излучение.

Денатурация белка происходит под воздействием органических растворителей, минеральных кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, алкалоидов.

Свойства денатурированных белков, виды денатурации

При денатурации утрачивается гидратная оболочка и белок выпадает в осадок и при этом утрачивает нативные свойства.

Денатурацию вызывают физические факторы: температура, давление, механические воздействия, ультразвуковые и ионизирующие излучения; химические факторы: кислоты, щелочи, органические растворители, алкалоиды, соли тяжелых металлов.

Различают 2 вида денатурации:

1. Обратимая денатурация — ренатурация или ренактивация — это процесс, при котором денатурированный белок, после удаления денатурирующих веществ вновь самоорганизуется в исходную структуру с восстановлением биологической активности.
2. необратимая денатурация — это процесс, при котором биологическая активность не восстанавливается после удаления денатурирующих агентов.

Свойства денатурированных белков:

1. Увеличение числа реактивных или функциональных групп по сравнению с нативной молекулой белка (это группы COOH, NH2, SH, OH, группы боковых радикалов аминокислот).
2. Уменьшение растворимости и осаждение белка (связано с потерей гидратной оболочки), развертыванием молекулы белка, с «обнаружением» гидрофобных радикалов и нейтрализации зарядов полярных групп.
3. Изменение конфигурации молекулы белка.
4. Потеря биологической активности, вызванная нарушением нативной структуры.
5. Более легкое расщепление протеолитическими ферментами по сравнению с нативным белком — переход компактной нативной структуры в развернутую рыхлую форму облегчает доступ ферментов к пептидным связям белка, которые они разрушают.

Ферментные методы гидролиза основаны на избирательности действия протеолитических ферментов расщепляющих пептидные связи между определенными аминокислотами.

Пепсин расщепляет связи, образованные остатками фенилаланина, тирозина и глутаминовой кислоты.

Трипсин расщепляет связи между аргинином и лизином.

Химотрипсин гидролизует связи триптофана, тирозина и фенилаланина.

Гидрофобные взаимодействия, а также ионные и водородные связи относятся к числу слабых, тк энергия их лишь ненамного превосходит энергию теплового движения атомов при комнатной температуре(т е уже при данной температуре возможен разрыв связей ).

Поддержание характерной для белка конформации возможно благодаря возникновению множества слабых связей между различными участками полипептидной цепи.

Однако, белки состоят из огромного числа атомов , находящихся в постоянном (броуновском) движении, что приводит к небольшим перемещениям отдельных участков полипептидной цепи , которые обычно не нарушают общую структуру белка и его функции. Следовательно, белки обладают конформационной лабильностью — склонностью к небольшим изменениям конформации за счет разрыва одних и образования других слабых связей. Конформация белка может меняться при изменении химических и физических средств среды, а также при взаимодействии белка с другими молекулами. При этом происходит изменение пространственной структуры не только участка, контактирующего с другой молекулой, но и конформации белка в целом. Конформационные изменения играют роль огромную в функционировании белков в клетке живой.

Факторы, вызывающие денатурацию белков

Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на физические и химические.

1. Высокие температуры. Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию. Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500С. Такие белки называют термолабильными. Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными.

2. Ультрафиолетовое облучение

3. Рентгеновское и радиоактивное облучение

4. Ультразвук

5. Механическое воздействие (например, вибрация).

Химические факторы:

1. Концентрированные кислоты и щелочи. Например, трихлоруксусная кислота (органическая), азотная кислота (неорганическая).

2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4).

3. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон)

4. Растительные алкалоиды.

5. Мочевина в высоких концентрациях

6. Другие вещества, способные нарушать слабые типы связей в молекулах белков.

Воздействие факторами денатурации применяют для стерилизации оборудования и инструментов, а также как антисептики.

Что происходит в процессе денатурации белков

В процессе денатурации белка имеет место разрыв химических связей (дисульфидных, водородных, ван-дер-ваальсовых, электростатических и др.), которые стабилизируют высшие уровни организации белковой молекулы, что обуславливает изменение пространственной структуры белка. Следует отметить, то в большинстве случаев первичная структура белка в процессе денатурации не нарушается, поэтому после раскрутки цепи полипептидов (стадия нити), протеин может снова стихийно скручиваться, при этом образуя «случайный клубок», то есть переходит к хаотическому состоянию, отличного от нативной конформации.

Процесс денатруации белков происходит при температуре выше, чем 56 °С.

Типичными признаками необратимой денатурации белков является снижение гидрофильности и растворимости белков, увеличение оптической активности, изменение изоэлектрической точки, уменьшение устойчивости белковых растворов и молекулярной массы и изменение формы белковых молекул, увеличение вязкости и усиление способности к расщеплению ферментами, переход молекулы в хаотическое состояние, при котором наблюдается агрегация частиц белка и выпадение их в осадок.

Схема денатурации белка: а — нативная молекула; б — развертывание полипептидной цепи; в — стадия нити; г — случайный клубок

При непродолжительном действии денатурирующего агента (например, органического растворителя) возможно восстановление нативной структуры белка. Этот процесс называется ренатурацией. При ренатурации происходит восстанавлениене только структуры, но и биологических функций белка. С денатурацией связаны процессы переработки продуктов питания, изготовления одежды, обуви, консервирования и сушки овощей и фруктов. Результатом необратимой денатурацией протеинов является потеря способности к прорастанию семян при длительном хранении, особенно при неблагоприятных условиях. Процесс денатурации белков широко применяется в медицине, ветеринарии, фармации, клинике и биохимических исследованиях с целью осаждения протеина в биологическом материале с целью дальнейшей идентификации в нем низкомолекулярных и небелковых субстанций, с целью как установления наличия протеина, так и его количественного определения, для обеззараживания слизистых покровов и кожи, для конъюгации солей тяжелых металлов при терапии отравлений солями свинца, ртути, меди и т.п. или с целью профилактики подобных токсикозов на предприятии.

Процесс денатурации белков происходит также при приеме фармакологических препаратов танальбина и танина, на чем базируются их противовоспалительное и вяжущее действие. Вяжущие свойства танина базируются на его способности осаждать протеины с синтезом плотных альбуминатов, защищающих от раздражения тканей, в частности чувствительные нервные окончания. При этом уменьшается проявление воспалительной реакции, а также снижаются болевые ощущения и происходит непосредственное уплотнение мембран клеток. Препарат танальбин представляет собой продукт взаимодействия белка казеина с танином — в отличие от танина, данный препарат не оказывает вяжущего действия на слизистую оболочку желудка и ротовой полости. Только после попадания в кишечник он поддается процессу расщепления, выделяя при этом свободный танин. Применяется в медицине и ветеринарии как вяжущее лекарственное средство при хронических и острых болезнях кишечника, в частности у детей.

В практике фармацевтики использование процессов денатурации белка дает возможность контролировать качество протеиновых препаратов, например, в ампулах.

Последствия

После денатурации происходит переход нативной компактной структуры в рыхлую развернутую форму, упрощается проникновение к пептидным связям ферментов, необходимых для разрушения.

Конформация белковых молекул определяется возникновением достаточного количества связей между разными участками определенной полипептидной цепочки.

Белки, состоящие из достаточного количества атомов, которые находятся в непрерывном хаотичном движении, способствует определенным перемещениям частей полипептидной цепи, что вызывает нарушение общей структуры белков, снижение его физиологических функций.

Белки имеют конформационную лабильность, то есть предрасположенность к незначительным изменениям конформации, происходящим в результате обрыва одних и образования других связей.

Денатурация белка приводит к изменениям его химических свойств, способности вступать во взаимодействие с другими веществами. Наблюдается изменение пространственной структуры и участка, непосредственно контактирующего с иной молекулой, и всей конформацией в целом. Наблюдаемые конформационные изменения имеют значение для функционирования белков в живой клетке.

Механизмы денатурации

Практически любое заметное изменение внешних условий, например, нагревание или обработка белка щелочью приводит к последовательному нарушению четвертичной, третичной и вторичной структур белка. Обычно денатурация вызывается повышением температуры, действием сильных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов, некоторых растворителей (спирт), радиации и др.

Денатурация часто приводит к тому, что в коллоидном растворе белковых молекул происходит процесс агрегации частиц белка в более крупные. Визуально это выглядит, например, как образование «белка» при жарке яиц.

Источники

• https://gymbeam.ua/blog/denaturyrovannyj-belok-kak-hotovka-y-vypechka-vlyiaiut-na-soderzanye-belkov-v-bliude/
• https://www.syl.ru/article/279308/new_chto-takoe-denaturatsiya-belka
• https://magictemple.ru/pri-kakoj-temperature-proishodit-denaturacija/
• https://studfile.net/preview/2487380/page:6/
• https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/77941

[свернуть]

Источник

Денатурация (биохимия) — Denaturation (biochemistry)

Влияние температуры на активность ферментов . Вверху — повышение температуры увеличивает скорость реакции ( коэффициент Q10 ). В середине — доля свернутого и функционального фермента уменьшается выше температуры его денатурации. Внизу — следовательно, оптимальная скорость реакции фермента находится при промежуточной температуре.

Процесс частичного или полного изменения нативных вторичных, и / или третичных, и / или четвертичных структур белков или нуклеиновых кислот, приводящий к потере биоактивности .

Примечание 1 : Изменено из определения, приведенного в исх.

Примечание 2 : Денатурация может происходить, когда белки и нуклеиновые кислоты подвергаются воздействию повышенной температуры или экстремальных значений pH, либо нефизиологических концентраций соли, органических растворителей, мочевины или других химических агентов.

Примечание 3 : фермент теряет свою каталитическую активность при денатурировании.

Денатурация — это процесс, при котором белки или нуклеиновые кислоты теряют четвертичную структуру , третичную структуру и вторичную структуру, которая присутствует в их естественном состоянии , из-за приложения некоторого внешнего стресса или соединения, такого как сильная кислота или основание , концентрированная неорганическая соль, органический растворитель (например, спирт или хлороформ ), радиация или тепло . Если белки в живой клетке денатурируются, это приводит к нарушению клеточной активности и, возможно, к гибели клетки. Денатурация белков также является следствием гибели клеток. Денатурированные белки могут проявлять широкий спектр характеристик, от конформационного изменения и потери растворимости до агрегации из-за воздействия гидрофобных групп. Денатурированные белки теряют свою трехмерную структуру и, следовательно, не могут функционировать.

Сворачивание белка является ключом к тому, сможет ли глобулярный или мембранный белок правильно выполнять свою работу; он должен быть сложен в правильную форму, чтобы функционировать. Однако водородные связи , которые играют большую роль в сворачивании, довольно слабы и, таким образом, легко подвергаются воздействию тепла, кислотности, различных концентраций солей и других факторов стресса, которые могут денатурировать белок. Это одна из причин , почему гомеостаз является физиологически необходимым во многих формах жизни .

Эта концепция не связана с денатурированным спиртом , который представляет собой спирт, который был смешан с добавками, чтобы сделать его непригодным для употребления человеком.

Общие примеры

(Вверху) Белковый альбумин в яичном белке претерпевает денатурацию и теряет растворимость при приготовлении яйца. (Внизу) Скрепки представляют собой визуальную аналогию, помогающую концептуализировать процесс денатурации.

Когда пища готовится, некоторые ее белки денатурируются. Вот почему вареные яйца становятся твердыми, а приготовленное мясо — твердым.

Классический пример денатурации белков — это яичные белки, которые в воде обычно представляют собой яичные альбумины . Прямо из яиц яичные белки прозрачные и жидкие. При приготовлении термически нестабильные белки становятся непрозрачными, образуя взаимосвязанную твердую массу. Такое же преобразование можно осуществить с помощью денатурирующего химического вещества. Переливание яичных белков в стакан с ацетоном также сделает яичные белки полупрозрачными и твердыми. Кожа, которая образуется на простокваше, — еще один распространенный пример денатурированного белка. Холодная закуска, известная как севиче , готовится путем химической «варки» сырой рыбы и моллюсков в кислом цитрусовом маринаде без нагрева.

Денатурация белка

Денатурированные белки могут обладать широким спектром характеристик, от потери растворимости до агрегации белков .

Функциональные белки имеют четыре уровня структурной организации:

1) Первичная структура: линейная структура аминокислот в полипептидной цепи

2) Вторичная структура: водородные связи между цепями пептидных групп в альфа-спирали или бета-листе

3) Третичная структура: трехмерная структура альфа-спиралей и бета-спиралей, сложенных

4) Четвертичная структура: трехмерная структура нескольких полипептидов и то, как они сочетаются друг с другом

Процесс денатурации:

1) Функциональный белок с четвертичной структурой

2) При воздействии тепла изменяются внутримолекулярные связи белка

3) Разворачивание полипептидов (аминокислот)

Фон

Белки или полипептиды — это полимеры аминокислот . Белок создается рибосомами, которые «читают» РНК, кодируемую кодонами в гене, и собирают необходимую комбинацию аминокислот из генетической инструкции в процессе, известном как трансляция . Затем вновь созданная белковая цепь подвергается посттрансляционной модификации , в которую добавляются дополнительные атомы или молекулы , например медь , цинк или железо . Как только этот процесс посттрансляционной модификации завершен, белок начинает сворачиваться (иногда спонтанно, а иногда с помощью ферментов ), сворачиваясь на себя, так что гидрофобные элементы белка оказываются глубоко внутри структуры, а гидрофильные элементы оказываются на поверхности. за пределами. Окончательная форма белка определяет, как он взаимодействует с окружающей средой.

Сворачивание белка состоит из баланса между значительным количеством слабых внутримолекулярных взаимодействий внутри белка (гидрофобные, электростатические и взаимодействия Ван-дер-Ваальса) и взаимодействиями белок-растворитель. В результате этот процесс сильно зависит от состояния окружающей среды, в которой находится белок. Эти условия окружающей среды включают, помимо прочего, температуру , соленость , давление и растворители, которые могут быть задействованы. Следовательно, любое воздействие экстремальных стрессов (например, тепла или излучения, высоких концентраций неорганических солей, сильных кислот и оснований) может нарушить взаимодействие белков и неизбежно привести к денатурации.

Когда белок денатурируется, вторичные и третичные структуры изменяются, но пептидные связи первичной структуры между аминокислотами остаются нетронутыми. Поскольку все структурные уровни белка определяют его функцию, белок больше не может выполнять свою функцию после денатурирования. Это контрастирует с внутренне неструктурированными белками , которые развернуты в своем естественном состоянии , но все еще функционально активны и имеют тенденцию сворачиваться при связывании со своей биологической мишенью.

Как происходит денатурация на уровнях структуры белка

• При денатурации четвертичной структуры субъединицы белка диссоциируют и / или пространственное расположение субъединиц белка нарушается.
• Денатурация третичной структуры предполагает нарушение:
  • Ковалентные взаимодействия между боковыми цепями аминокислот (например, дисульфидные мостики между группами цистеина )
  • Нековалентные диполь —

  дипольные взаимодействия между полярными боковыми цепями аминокислот (и окружающим растворителем )

• Ван-дер-Ваальсовы (индуцированные дипольные) взаимодействия между боковыми цепями неполярных аминокислот.

• При денатурации вторичной структуры белки теряют все регулярные повторяющиеся паттерны, такие как альфа-спирали и бета-складчатые листы , и принимают случайную конфигурацию спиралей .
• Первичная структура , такая как последовательность аминокислот, удерживаемых ковалентными пептидными связями, не нарушается денатурацией.

• Потеря функции

  Большинство биологических субстратов теряют свою биологическую функцию при денатурировании. Например, ферменты теряют свою активность , потому что субстраты больше не могут связываться с активным сайтом , и потому, что аминокислотные остатки, участвующие в стабилизации переходных состояний субстратов , больше не могут это делать. Процесс денатурации и связанную с ним потерю активности можно измерить с использованием таких методов, как интерферометрия с двойной поляризацией , CD , QCM-D и MP-SPR .

  Потеря активности из-за тяжелых металлов и металлоидов

  Нацелившись на белки, тяжелые металлы, как известно, нарушают функцию и активность белков. Важно отметить, что тяжелые металлы делятся на категории, состоящие из переходных металлов, а также определенного количества металлоидов. Эти металлы при взаимодействии с нативными свернутыми белками имеют тенденцию играть роль в препятствовании их биологической активности. Это вмешательство можно осуществить разными способами. Эти тяжелые металлы могут образовывать комплекс с функциональными группами боковой цепи, присутствующими в белке, или образовывать связи со свободными тиолами. Тяжелые металлы также играют роль в окислении боковых цепей аминокислот, присутствующих в белке. Наряду с этим, при взаимодействии с металлопротеинами тяжелые металлы могут дислоцировать и замещать ионы ключевых металлов. В результате тяжелые металлы могут мешать свернутым белкам, что может сильно снизить стабильность и активность белков.

  Обратимость и необратимость

  Во многих случаях денатурация обратима (белки могут вернуться в свое естественное состояние, когда денатурирующее влияние устранено). Этот процесс можно назвать ренатурацией. Это понимание привело к идее, что вся информация, необходимая для того, чтобы белки приняли свое естественное состояние, была закодирована в первичной структуре белка и, следовательно, в ДНК, которая кодирует белок, так называемая « термодинамическая гипотеза Анфинсена ».

  Денатурация также может быть необратимой. Эта необратимость обычно является кинетической, а не термодинамической необратимостью, поскольку свернутый белок обычно имеет более низкую свободную энергию, чем когда он развернут. Благодаря кинетической необратимости тот факт, что белок застревает в локальном минимуме, может остановить его от повторной укладки после того, как он был необратимо денатурирован.

  Денатурация белков из-за pH

  Денатурация также может быть вызвана изменениями pH, которые могут повлиять на химию аминокислот и их остатков. Ионизируемые группы аминокислот могут ионизироваться при изменении pH. Изменение pH на более кислые или более щелочные условия может вызвать разворачивание. Кислотно-индуцированное разворачивание часто происходит при pH от 2 до 5, для вызванного основанием разворачивания обычно требуется pH 10 или выше.

  Денатурация нуклеиновой кислоты

  Нуклеиновые кислоты (включая РНК и ДНК ) представляют собой нуклеотидные полимеры, синтезируемые ферментами полимеразы во время транскрипции или репликации ДНК . После 5′-3 ‘синтеза основной цепи отдельные азотистые основания способны взаимодействовать друг с другом посредством водородных связей , что позволяет образовывать структуры более высокого порядка. Денатурация нуклеиновой кислоты происходит, когда водородная связь между нуклеотидами нарушается, и приводит к разделению ранее отожженных цепей. Например, денатурация ДНК из-за высоких температур приводит к разрыву пар оснований Уотсона и Крика и разделению двухцепочечной спирали на две одинарные цепи. Нити нуклеиновой кислоты способны повторно отжигаться, когда восстанавливаются « нормальные » условия, но если восстановление происходит слишком быстро, цепи нуклеиновой кислоты могут повторно отжигаться несовершенно, что приводит к неправильному спариванию оснований.

  Биологически индуцированная денатурация

  Денатурация ДНК происходит при нарушении водородных связей между парами оснований Ватсона и Крика.

  В нековалентные взаимодействия между антипараллельных нитей в ДНК может быть нарушена, чтобы «открыто» в двойной спирали , когда биологически важные механизмы , такие как ДНК — репликации, транскрипции, репарации ДНК или белка связывание установлены на место. Область частично разделенной ДНК известна как пузырь денатурации, который можно более конкретно определить как раскрытие двойной спирали ДНК посредством скоординированного разделения пар оснований.

  Первая модель, которая попыталась описать термодинамику денатурационного пузыря, была представлена ​​в 1966 году и получила название модели Поланда-Шераги. Эта модель описывает денатурацию цепей ДНК как функцию температуры . По мере повышения температуры водородные связи между парами оснований Уотсона и Крика все больше нарушаются, и начинают формироваться «денатурированные петли». Однако модель Польши-Шераги теперь считается элементарной, потому что она не учитывает противоречивые последствия последовательности ДНК , химического состава, жесткости и скручивания .

  Недавние термодинамические исследования показали, что время жизни сингулярного пузырька денатурации составляет от 1 микросекунды до 1 миллисекунды. Эта информация основана на установленных временных рамках репликации и транскрипции ДНК. В настоящее время проводятся биофизические и биохимические исследования для более полного выяснения термодинамических деталей денатурационного пузыря.

  Денатурация из-за химических агентов

  Формамид денатурирует ДНК, разрывая водородные связи между парами оснований Уотсона и Крика. Оранжевые, синие, зеленые и фиолетовые линии представляют аденин, тимин, гуанин и цитозин соответственно. Три короткие черные линии между основаниями и молекулами формамида представляют недавно образованные водородные связи.

  Поскольку полимеразная цепная реакция (ПЦР) является одним из наиболее популярных контекстов, в которых желательна денатурация ДНК, нагревание является наиболее частым методом денатурации. Помимо денатурации под действием тепла, нуклеиновые кислоты могут подвергаться процессу денатурации с помощью различных химических агентов, таких как формамид , гуанидин , салицилат натрия , диметилсульфоксид (ДМСО), пропиленгликоль и мочевина . Эти химические денатурирующие агенты понижают температуру плавления (T m ), конкурируя за доноры и акцепторы водородных связей с уже существующими парами азотистых оснований . Некоторые агенты даже способны вызывать денатурацию при комнатной температуре. Например, было показано , что щелочные агенты (например, NaOH) денатурируют ДНК, изменяя pH и удаляя протоны, способствующие образованию водородных связей. Эти денатурирующие агенты были использованы для изготовления геля для денатурирующего градиентного гель-электрофореза (DGGE), который способствует денатурации нуклеиновых кислот, чтобы исключить влияние формы нуклеиновых кислот на их электрофоретическую подвижность.

  Химическая денатурация как альтернатива

  Оптическая активность (поглощение и рассеяние света) и гидродинамические свойства ( поступательная диффузия , коэффициенты седиментации , и вращательные времена корреляции ) из формамида денатурированных нуклеиновые кислот аналогичны тем , которые термически денатурированные нуклеиновых кислот. Следовательно, в зависимости от желаемого эффекта химически денатурирующая ДНК может обеспечить более щадящую процедуру денатурирования нуклеиновых кислот, чем денатурация, вызванная нагреванием. Исследования, сравнивающие различные методы денатурации, такие как нагревание, мельница с шариками разного размера, обработка ультразвуком и химическая денатурация, показывают, что химическая денатурация может обеспечить более быструю денатурацию по сравнению с другими описанными методами физической денатурации. В частности, в случаях, когда желательна быстрая ренатурация, химические денатурирующие агенты могут стать идеальной альтернативой нагреванию. Например, нити ДНК денатурируют щелочными агентами, такими как NaOH, ренатурируют сразу после добавления фосфатного буфера .

  Денатурация воздухом

  Небольшие электроотрицательные молекулы, такие как азот и кислород , которые являются основными газами в воздухе , значительно влияют на способность окружающих молекул участвовать в водородных связях . Эти молекулы конкурируют с окружающими акцепторами водородных связей за доноры водородных связей, поэтому действуют как «разрушители водородных связей» и ослабляют взаимодействия между окружающими молекулами в окружающей среде. Антипараллельные нити в двойных спиралях ДНК нековалентно связаны водородными связями между парами оснований Уотсона и Крика; поэтому азот и кислород поддерживают возможность ослабить целостность ДНК при контакте с воздухом. В результате нити ДНК, подвергнутые воздействию воздуха, требуют меньшего усилия для разделения и являются примером более низких температур плавления .

  Приложения

  Многие лабораторные методы полагаются на способность цепей нуклеиновых кислот разделяться. Понимая свойства денатурации нуклеиновых кислот, были созданы следующие методы:

  • ПЦР
  • Саузерн-блот
  • Нозерн-блот
  • Секвенирование ДНК

  Денатуранты

  Белковые денатуранты

  Кислоты

  К кислым денатурирующим белкам относятся:

  • Уксусная кислота
  • Трихлоруксусная кислота 12% в воде
  • Сульфосалициловая кислота

  Базы

  Основания действуют аналогично кислотам при денатурации. Они включают:

  • Бикарбонат натрия

  Растворители

  Большинство органических растворителей денатурируют, в том числе:

  • Этиловый спирт

  Сшивающие реагенты

  Сшивающие агенты для белков включают:

  • Формальдегид
  • Глутаральдегид

  Хаотропные агенты

  Хаотропные агенты включают:

  • Мочевина 6-8 моль / л
  • Гуанидиния хлорид 6 моль / л
  • Перхлорат лития 4,5 моль / л
  • Додецилсульфат натрия

  Восстановители дисульфидной связи

  Агенты, разрушающие дисульфидные связи путем восстановления, включают:

  • 2-меркаптоэтанол
  • Дитиотреитол
  • TCEP (трис (2-карбоксиэтил) фосфин)

  Химически реактивные агенты

  Такие агенты, как перекись водорода, элементарный хлор, хлорноватистая кислота (хлорная вода), бром, бромная вода, йод, азотная и окисляющая кислоты и озон, вступают в реак

  Читайте также:  Фосфаты в моче у грудничка причины