§9.5. Денатурация белков

9.5.1. Определение

Первичные структуры полипептидных цепей белков и полинуклеотидных цепей ДНК и РНК образуются исключительно ковалентными связями. Однако, вторичная третичная и четвертичная структуры определяются, главным образом значительно более слабыми водородными, электростатическими, ван-дер-ваальсовскими и гидрофобными взаимодействиями. Таким образом, структура макромолекул в живых организмах сочетает два типа связей: сильных (ковалентных) и слабых, что имеет принципиально важное, определяющее значение для функционирования живой материи. Именно такое сочетание определяет подвижность и биологическую активность молекул.

Сильные внешние воздействия (например, высокая температура) могут приводить к разрушению макромолекул. Сначала разрываются слабые связи. Если при этом ковалентные связи сохраняются, то такой процесс называется денатурацией. Денатурация приводит к изменению физико-химических и биологических свойств биополимеров и может быть полной или частичной, обратимой или необратимой. Денатурированные белки обычно менее растворимы в воде, чем не денатурированные, и часто связываются друг с другом и выпадают в осадок, коагулируют (т.1, с.175). При сильной денатурации происходит переход глобула → клубок (см. с. 711–718).

Таким образом, денатурацией принято называть процесс, связанный с потерей белками трехмерной конформации при сохранении пептидных ковалентных связей, то есть при сохранении последовательности аминокислот в полимерной цепочке. При денатурации глобула разупорядочивается и белок теряет биологическую активность, способность выполнять свои функции.

9.5.2. Причины, вызывающие денатурацию

Денатурацию могут вызывать следующие воздействия.

1). Нагревание или облучение в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах приводит к разрыву водородных и ионных связей и коагуляции (осаждению дисперсной фазы) белковых молекул.

2). Кислоты, щелочи, растворы солей вызывают разрыв ионных связей и коагуляцию. При длительном воздействии могут разрываться и пептидные связи.

Коагуляция белков используется при биохимическом анализе крови для выявления наличия малых молекул, таких как глюкоза, мочевая кислота, лекарственные препараты. Для этого сыворотка крови (см. с. 354) сначала обрабатывается кислотой (например, трихлоруксусной), белок осаждается. После удаления белка путем центрифугирования анализу подвергается надосадочная жидкость.

3). Растворение солей тяжелых металлов приводит к появлению в растворе катионов тяжелых металлов, образующих прочные связи с карбоксил-анионами, и таким образом – к разрыву ионных связей. Одновременно уменьшается электрическая поляризуемость белковых групп и соответственно растворимость белка, что также способствует коагуляции и выпадению в осадок.

4). Органические растворители и поверхностно-активные вещества нарушают гидрофобные взаимодействия. Они образуют связи с гидрофобными (неполярными) группами, что приводит к разрыву водородных связей и коагуляции. В связи с этим отметим, что дезинфицирующие свойства спирта основаны на том, что спирт вызывает денатурацию любых белков бактерий, находящихся в среде. В результате бактерии теряют биологическую активность.