ცილის დენატურაცია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                     ცილის დენატურაცია

ქათმის კვერცხის მომზადების პროცესში ხდება კვერცხის ცილების დენატურაცია.

(ლათინური denaturatus - ბუნებრივ თვისებებს მოკლებული; de-დან - პრეფიქსი, რომელიც ნიშნავს განცალკევებას, მოცილებას + natura - ბუნება, ბუნება) - ცილის მოლეკულის მშობლიური კონფორმაციის (ინგლისური მშობლიური მდგომარეობა) ცვლილება სხვადასხვა დესტაბილიზაციის ფაქტორების გავლენის ქვეშ. ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობა არ იცვლება. ეს იწვევს ცილების მიერ მათი ბუნებრივი თვისებების დაკარგვას (ხსნადობა, ჰიდროფილურობა და ა.შ.).

ცალკეული ცილის მოლეკულის დენატურაციის პროცესს, რომელიც იწვევს მისი „ხისტი“ სამგანზომილებიანი სტრუქტურის დაშლას, ზოგჯერ მოლეკულის დნობასაც უწოდებენ.

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. დაბალ ტემპერატურაზე, რეაქციის სიჩქარე დაბალია, რადგან რეაქტიული მოლეკულების მცირე ნაწილს აქვს რეაქციის აქტივაციის ენერგიაზე მაღალი ენერგია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რეაქციის სიჩქარე ჯერ იზრდება, შემდეგ კი მცირდება, ფერმენტის აქტივობის შემცირების გამო, მისი სტრუქტურული ცვლილებების გამო. საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე ფერმენტის ცილის მოლეკულა დენატურირებულია და მისი კატალიზური აქტივობა მთლიანად მცირდება.

გარე პირობებში თითქმის ნებისმიერი შესამჩნევი ცვლილება, როგორიცაა გათბობა ან pH-ის მნიშვნელოვანი ცვლილება, იწვევს ცილის მეოთხეული, მესამეული და მეორადი სტრუქტურების მუდმივ დარღვევას.

როგორც წესი, დენატურაციას იწვევს ტემპერატურის მატება, ძლიერი მჟავების და ტუტეების, მძიმე ლითონების მარილების და გამრავლებული იონების მოქმედებით, მაგალითად, იონები.   ზოგიერთი გამხსნელი (ალკოჰოლი), რადიაცია და სხვა მიზეზები.

დენატურაცია ხშირად იწვევს იმ ფაქტს, რომ ცილის მოლეკულების კოლოიდური ხსნარში ხდება ცილის მოლეკულების აგრეგაციის პროცესი უფრო დიდებში, რომლებიც კარგად აფანტავს გადაცემულ შუქს. ვიზუალურად, ეს გამოიყურება, მაგალითად, როგორც "ცილის" წარმოქმნა კვერცხების თერმული დამუშავების დროს.

რენატურაცია

რენატურაცია არის დენატურაციის საპირისპირო პროცესი, რომლის დროსაც ცილები უბრუნდებიან მშობლიურ (ბუნებრივ) სტრუქტურას. ცილების უმეტესობისთვის დენატურაცია შეუქცევადია. თუ ცილის დენატურაციის დროს ფიზიკოქიმიური ცვლილებები დაკავშირებულია პოლიპეპტიდური ჯაჭვის გადასვლას მჭიდროდ შეფუთული (მოწესრიგებული) მდგომარეობიდან უწესრიგო მდგომარეობაში, მაშინ რენატურაციის დროს ვლინდება ცილების თვითორგანიზების უნარი, რომლის გზა წინასწარ არის განსაზღვრული ამინომჟავების თანმიმდევრობით, პოლიპეპტიდის სტრუქტურაში. ცოცხალ უჯრედებში ეს ინფორმაცია, ალბათ, გადამწყვეტია არეული პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ტრანსფორმაციისთვის რიბოსომაზე მისი ბიოსინთეზის დროს ან მის შემდეგ, მშობლიურ ცილის მოლეკულის სტრუქტურაში. როდესაც ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულები თბება დაახლოებით 100 ° C ტემპერატურამდე, წყალბადის ბმები ფუძეებს შორის იშლება და დამატებითი ძაფები განსხვავდება - დნმ დენატურდება. თუმცა, ნელი გაგრილების შემდეგ, დამატებითი ძაფები შეიძლება ხელახლა დაუკავშირდეს ჩვეულებრივ ორმაგ სპირალში. დნმ-ის რენატურაციის ეს უნარი გამოიყენება ხელოვნური ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულების წარმოებისთვის (ე.წ. მოლეკულური ჰიბრიდიზაცია).

ავსტრალიელმა და ამერიკელმა ქიმიკოსთა ჯგუფმა იპოვა გზა (შარდოვანა და ცენტრიფუგაციის გამოყენებით), რათა მოხარშული 20 წუთიანი ქათმის კვერცხი რამდენიმე წუთში გადააკეთონ.

იხ. ვიდეო - Денатурация белка

ქიმიური დენატურაცია, როგორც ალტერნატივა

ფორმამიდის დენატურირებული ნუკლეინის მჟავების ოპტიკური აქტივობა (შუქის შთანთქმა და გაფანტვა) და ჰიდროდინამიკური თვისებები (ტრანსლაციური დიფუზია, დალექვის კოეფიციენტები და ბრუნვის კორელაციის დრო) მსგავსია სითბოს დენატურირებული ნუკლეინის მჟავების. ამიტომ, სასურველი ეფექტიდან გამომდინარე, დნმ-ის ქიმიურად დენატურაციამ შეიძლება უზრუნველყოს ნუკლეინის მჟავების დენატურაციის უფრო რბილი პროცედურა, ვიდრე სითბოს მიერ გამოწვეული დენატურაცია. კვლევები, რომლებიც ადარებენ დენატურაციის სხვადასხვა მეთოდებს, როგორიცაა გათბობა, მძივების წისქვილი სხვადასხვა ზომის მძივები, ზონდი სონიკაცია და ქიმიური დენატურაცია, აჩვენებს, რომ ქიმიურ დენატურაციას შეუძლია უზრუნველყოს უფრო სწრაფი დენატურაცია აღწერილ ფიზიკურ დენატურაციის მეთოდებთან შედარებით. განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც სასურველია სწრაფი რენატურაცია, ქიმიურ დენატურაციის აგენტებს შეუძლიათ უზრუნველყონ გათბობის იდეალური ალტერნატივა. მაგალითად, დნმ-ის ძაფები დენატურირებულია ტუტე აგენტებით, როგორიცაა NaOH, ფოსფატის ბუფერის დამატებისთანავე უბრუნდება.

(Top) The protein albumin in the egg white undergoes denaturation and loss of solubility when the egg is cooked. (Bottom) Paperclips provide a visual analogy to help with the conceptualization of the denaturation process.

Applications

Many laboratory techniques rely on the ability of nucleic acid strands to separate. By understanding the properties of nucleic acid denaturation, the following methods were created - (ზემოდან) კვერცხის ცილაში შემავალი ცილოვანი ალბუმინი განიცდის დენატურაციას და კარგავს ხსნადობას კვერცხის მოხარშვისას. (ქვედა) ქაღალდის სამაგრები იძლევა ვიზუალურ ანალოგს დენატურაციის პროცესის კონცეპტუალიზაციაში დასახმარებლად.

ჰაერის გამო დენატურაცია

მცირე, ელექტროუარყოფითი მოლეკულები, როგორიცაა აზოტი და ჟანგბადი, რომლებიც ჰაერის პირველადი აირებია, მნიშვნელოვნად ზეგავლენას ახდენენ მიმდებარე მოლეკულების უნარზე მონაწილეობა მიიღონ წყალბადის კავშირში. ეს მოლეკულები კონკურენციას უწევს მიმდებარე წყალბადის ბმის მიმღებებს წყალბადური ბმის დონორებისთვის, ამიტომ მოქმედებენ როგორც „წყალბადური ბმის გამანადგურებელი“ და ასუსტებენ გარემოს მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედებას. ანტიპარელელური ძაფები დნმ-ის ორმაგ ხვეულებში არაკოვალენტურად არის შეკრული წყალბადის კავშირით ბაზის წყვილებს შორის;  აზოტი და ჟანგბადი, შესაბამისად, ინარჩუნებს დნმ-ის მთლიანობის შესუსტების პოტენციალს ჰაერთან ზემოქმედებისას.  შედეგად, ჰაერის ზემოქმედების ქვეშ მყოფი დნმ-ის ძაფები ნაკლებ ძალას მოითხოვს, რათა განცალკევდეს და აჩვენოს დაბალი დნობის ტემპერატურა.

აპლიკაციები

მრავალი ლაბორატორიული ტექნიკა ეყრდნობა ნუკლეინის მჟავას ძაფების განცალკევების უნარს. ნუკლეინის მჟავას დენატურაციის თვისებების გაგებით შეიქმნა შემდეგი მეთოდები

იხ. ვიდეო - Protein Structure and Denaturation - A Level Biology