Denaturacija znači učiniti tvar neučinkovitom za neku svrhu bez promjene njezina kemijskog sastava. Pojam ima niz specifičnijih značenja, ali se najčešće koristi u vezi s proteinima i nukleinskim kiselinama. One se sastoje od molekula nalik lancima koje se mogu presavijati na različite načine kako bi oblikovale složene trodimenzionalne oblike. Karike u lancima drže zajedno jake kovalentne veze, ali nabori su rezultat raznih vrsta veza koje su obično slabije, a koje se mogu razbiti toplinom i raznim kemijskim agensima. Za molekule se kaže da su denaturirane kada su neke ili sve te veze prekinute, zbog čega su izgubile svoj oblik, ali su lanci ostali netaknuti, a kemijski sastav nepromijenjen.
Struktura proteina i nukleinskih kiselina
Proteini se sastoje od aminokiselina i organizirani su na nekoliko različitih strukturnih razina. Primarna struktura je jednostavno slijed građevnih blokova aminokiselina koji definiraju protein. Ove građevne blokove drže zajedno kovalentne veze poznate kao peptidne veze. Sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture opisuju trodimenzionalni raspored proteinskih podjedinica, cijelih proteina i proteinskih kompleksa. Ove strukture proizlaze iz lanaca građevnih blokova aminokiselina koji se presavijaju na sebe, zbog stvaranja različitih vrsta relativno slabih veza između jedinica na različitim dijelovima lanca.
Sekundarna struktura je rezultat vodikove veze između atoma vodika u jednoj aminokiselinskoj jedinici i atoma kisika iz druge. To može proizvesti zavojnu formaciju ili formaciju nalik lima, ili kombinaciju oboje. Tercijarna struktura je rezultat veza koje se stvaraju između ovih zavojnica i listova, dajući trodimenzionalnu proteinsku jedinicu. Kvartarna struktura nastaje spajanjem dviju ili više ovih jedinica.
Tercijarne i kvartarne strukture drže zajedno različite vrste veza, uključujući vodikove veze. Mogu se formirati i kovalentne disulfidne veze između atoma sumpora u dvije aminokiselinske jedinice. “Slani mostovi” nastaju kada se suprotno nabijeni dijelovi molekula međusobno privlače na sličan način kao i ionske veze koje se nalaze u solima.
Denaturacija općenito ne utječe na primarnu strukturu, ali uzrokuje degradaciju složenih trodimenzionalnih rasporeda proteina. Većina funkcija proteina proizlazi iz kemijskih svojstava koja proizlaze iz trodimenzionalnog rasporeda lanaca aminokiselina, pa degradacija takvih struktura općenito rezultira gubitkom funkcije proteina. Enzimi su važna klasa proteina gdje su oblici molekula ključni za njihove funkcije.
Nukleinske kiseline, kao što su DNA i RNA, imaju dva lanca izgrađena od jedinica poznatih kao baze. Pramenovi su međusobno povezani u obliku dvostruke spirale vodikovim vezama između baza na suprotnim stranama. Tijekom denaturacije, niti se razdvajaju kidanjem ovih veza.
Uzroci denaturacije
Brojni čimbenici mogu uzrokovati denaturaciju proteina i nukleinskih kiselina. Zagrijavanje uzrokuje jače vibriranje molekula, što može dovesti do kidanja veza, posebice onih slabijih. Mnogi proteini će biti denaturirani ako se zagriju na temperaturu iznad 105.8°F (41°C), zbog raskida vodikovih veza. Poznat primjer je promjena koja se događa u bjelanjku kada se zagrije: proteinski albumin se denaturira i pretvara se iz prozirnog gela u bijelu krutinu. Proteini se također denaturiraju kada se hrana kuha, što je proces koji ubija štetne mikroorganizme.
Denaturaciju mogu uzrokovati i različiti kemijski agensi. Jake kiseline i baze, zbog svoje ionske prirode, stupaju u interakciju s mostovima soli koji pomažu u održavanju tercijarne strukture proteina. Pozitivno i negativno nabijeni dijelovi ovih spojeva privlače se suprotno nabijenim dijelovima mosta proteinske soli, razbijajući vezu između različitih dijelova proteinskog lanca. Taj učinak mogu imati i soli nekih metala.
Kovalentne disulfidne veze također se mogu prekinuti, što dovodi do denaturacije. Spojevi nekih teških metala, kao što su olovo, živa i kadmij, mogu to učiniti jer se lako vežu sa sumporom. Veza sumpor-sumpor također se može prekinuti kada se svaki atom sumpora veže s atomom vodika. Neki redukcijski agensi će proizvesti ovaj učinak.
Razna organska otapala također mogu imati denaturirajući učinak razbijanjem vodikovih veza između aminokiselina koje održavaju tercijarnu strukturu. Jedan primjer je etanol, koji se obično naziva alkohol. On stvara vlastite vodikove veze s dijelovima proteinskih molekula, zamjenjujući one izvorne.
Denaturirani alkohol
Izraz “denaturacija” ponekad se koristi za označavanje procesa pretvaranja hrane ili pića nejestivim, ali još uvijek korisnim za neke funkcije osim konzumiranja. Najčešći primjer za to je denaturirani alkohol, koji se također naziva metilirani alkohol. Proizvod se često koristi kao otapalo ili gorivo, a porezi na alkohol za piće mogu se izbjeći kada se koristi u druge svrhe ako se učini nepitkim. Sam alkohol nije kemijski promijenjen, ali ga aditivi, obično metanol, čine otrovnim.