Denaturatie

In de Denaturatie Biomoleculen zoals eiwitten en nucleïnezuren verliezen hun biologische activiteit door structurele veranderingen. De primaire structuur van de biomoleculen blijft echter behouden. Er zijn zowel noodzakelijke als schadelijke processen van denaturatie in het lichaam.

Wat is denaturatie?

Denaturatie verwijst naar de vernietiging van de secundaire, tertiaire en quaternaire structuur van eiwitten en nucleïnezuren door fysische en chemische invloeden. Fysische invloeden vertegenwoordigen warmte, druk of hoogenergetische straling Chemisch wordt denaturatie veroorzaakt door zuren, logen, chaotropen, detergenten, alcohol of andere verbindingen.

Ondanks deze structurele veranderingen blijft de primaire structuur behouden. De primaire structuur wordt gekenmerkt door de volgorde van de aminozuren in de eiwitten of de stikstofbasen in de nucleïnezuren. De secundaire structuur beschrijft de vouwing van biomoleculen door de invloed van waterstofbruggen, polaire interacties, ionische bindingen en hydrofobe interacties. Afgezien van de vorming van disulfidebruggen tussen verschillende zwavelhoudende aminozuren, veranderen de andere covalente bindingen niet.

In de tertiaire structuur vormen zich ruimtelijke structuren binnen een biomolecuulketen door de plooien. De quaternaire structuur kenmerkt zich door de ruimtelijke structuurvorming met meerdere ketens. De eiwitten en nucleïnezuren ontwikkelen hun biologische activiteit alleen door de vorming van de secundaire, tertiaire en quaternaire structuur.

Bij denaturatie worden deze structuren vernietigd door het oplossen van de fysische bindingen tussen de afzonderlijke atoomgroepen en de chemische binding binnen de disulfidegroepen. Hoewel de primaire structuur behouden blijft, gaat de biologische activiteit verloren.

Zowel buiten als binnen het lichaam vinden voortdurend denaturaties plaats. Een typisch voorbeeld van denaturatie is het verharden van het ei tijdens het koken. De meeste denaturaties zijn onomkeerbaar. Maar ze kunnen ook omkeerbaar zijn.

Functie en taak

Denaturatie vindt constant plaats in dierlijke en menselijke organismen. De voedingseiwitten moeten eerst worden voorbereid voor chemische splitsing in de afzonderlijke aminozuren. Dit is niet mogelijk zonder blootstelling van de secundaire, tertiaire of quaternaire structuren. De peptidasen kunnen pas actief worden als de eiwitketen zich ontvouwt.

In de maag worden voedseleiwitten gedenatureerd onder invloed van maagzuur. Na het passeren van de maagdrager, wordt de bereide chymus verder chemisch afgebroken door de spijsverteringsenzymen van de pancreas. Koolhydraten, vetten en eiwitten worden afgebroken tot de overeenkomstige monomeren. Uit de gedenatureerde voedingseiwitten worden onder invloed van peptidasen de individuele aminozuren aangemaakt, die worden omgezet in lichaamseigen eiwitten.

Het middel voor denaturatie in de maag is maagzuur, dat grotendeels uit zoutzuur bestaat. Maagzuur breekt echter niet alleen voedseleiwitten af. Het vernietigt ook veel van de pathogenen die met voedsel worden ingenomen door denaturatie.

Ook de denaturatie van eiwitten en nucleïnezuren speelt een belangrijke rol in het immuunsysteem. Vreemde eiwitdeeltjes (ziektekiemen) en zieke of dode lichaamscellen worden opgenomen en opgelost door zogenaamde macrofagen. Ze worden verteerd in de zogenaamde lysosomen.Lysosomen zijn celorganellen die met behulp van enzymen vreemde stoffen en lichaamseigen stoffen afbreken. Macrofagen bevatten een bijzonder groot aantal lysosomen. De binnenkant van de lysosomen heeft een lage pH (zure omgeving). Daar worden de eiwit- en nucleïnezuurcomponenten eerst gedenatureerd en vervolgens afgebroken door spijsverteringsenzymen.

Bovendien treden tijdens een infectie vaak verhoogde temperaturen op. Bij koorts worden ook gevoelige kiemen gedood door denaturatie vanwege het warmte-effect.

Lysosomen zitten niet alleen in macrofagen, maar ook in alle andere cellen van het lichaam, omdat in elke cel onbruikbare afvalproducten en eiwitcomponenten moeten worden verteerd. De tot dusver beschreven denaturatieprocessen zijn essentieel voor het organisme.

Uw medicatie vindt u hier

Ziekten en aandoeningen

Er zijn echter ook pathologische processen die verband houden met denaturatie die in het lichaam plaatsvindt. In het geval van infecties doodt koorts niet alleen ziektekiemen, want langdurige hoge temperaturen kunnen ook de lichaamseigen eiwitten vernietigen. Dit geldt vooral voor de zeer gevoelige enzymen. Als de lichaamstemperatuur gedurende lange tijd boven de 40 graden uitkomt, worden veel enzymen ineffectief. Daarom is een zeer hoge koorts mogelijk fataal voor het organisme. Als de hoge temperatuur echter binnen zes uur weer daalt, is de schade nog steeds omkeerbaar.

Denaturatie van eiwitten wordt ook veroorzaakt door de invloed van zware metalen. Zware metalen kunnen complexen vormen met eiwitten. Dit verandert hun tertiaire en quartaire structuren. Ook hier worden vooral de enzymen aangetast. Daarom leiden ophopingen van zware metalen in het organisme tot ernstige chronische en soms dodelijke ziekten.

Bij chemische verbrandingen met zuren of logen gaat het ook om het denatureren van lichaamseigen eiwitten in de huid. De dood van het aangetaste weefsel leidt tot ontstekingsprocessen die leiden tot jeuk en ernstige huidreacties. Bovendien leiden brandwonden tot denaturatie van de lichaamseigen eiwitten in de huid en het bindweefsel.

Hevig bloeden wordt in de geneeskunde vaak behandeld met hoogfrequente stroom. De weefseltemperatuur wordt kortstondig opgewarmd tot 80 graden. Als resultaat coaguleren weefseleiwitten en bindweefselvezels. Zodat de wond effectief kan worden gesloten.

Veel ouderdomsziekten worden ook in verband gebracht met veranderingen in de secundaire en tertiaire structuur van eiwitten. Hoewel er in deze gevallen geen volledige denaturatie is, treden onder andere plooien en plaques op. Een bekend voorbeeld zijn de seniele plaques bij Alzheimerpatiënten. De seniele plaques zijn eiwitafzettingen in de hersenen die worden gevormd door plooien in de tertiaire structuur. De oorzaken van dit proces zijn echter nog niet bekend. Onder andere wordt de invloed van aluminium op de structurele veranderingen van het dauweiwit besproken.