Desnaturalización (bioquímica)

[miniatura|400px|Efectos da temperatura sobre a [actividade encimática. Arriba: o aumento da temperatura incrementa a velocidade da reacción (coeficiente Q10). No medio: a fracción de encima pregado e funcional diminúe por riba da temperatura de desnaturalización. Abaixo: en consecuencia, a velocidade de reacción óptima dun encima dáse a unha temperatura intermedia.]]

A **desnaturalización** ou **desnaturación** é un proceso no cal unha proteína ou ácido nucleico perden as estruturas cuaternaria, terciaria e secundaria que presentan no seu estado nativo, por aplicación dalgún estrés externo ou presenza dun composto como un ácido ou base fortes, un sal inorgánico concentrado, un solvente orgánico (como alcohol ou cloroformo), axitación e radiación ou calor. Se as proteínas se desnaturalizan nunha célula viva isto orixina unha alteración da actividade celular e posiblemente a morte da célula. A desnaturalización da proteína é tamén unha consecuencia da morte celular. As proteínas desnaturalizadas poden mostrar unha gran variedade de características, desde un cambio conformacional e perda de solubilidade á agregación debido á exposición de grupos hidrófobos. As proteínas desnaturalizadas perden a súa estrutura tridimensional e, por tanto, non poden funcionar.

O pregamento das proteínas é esencial para que unha proteína globular ou unha proteína de membrana poidan facer o seu traballo correctamente; esta debe estar pregada adoptando a forma correcta para poder funcionar. Porén, as pontes de hidróxeno, que son moi importantes para o pregamento, son bastante febles e son doadamente afectados pola calor, acidez, variacións nas concentracións de sales e outros axentes estresantes que poden desnaturalizar a proteína. Esta é unha das razóns polas cales a homeostase é fisioloxicamente necesaria en moitas formas de vida.

Este concepto non está relacionado co alcohol desnaturalizado, que é alcohol que foi mesturado con aditivos para facelo inapropiado para o consumo humano. Algúns alimentos e bebidas "desnaturalízanse" desta maneira para utilizalos só para propósitos distintos da alimentación.

## Exemplos comúns 
[miniatura|(Arriba) A proteína *[albumina* da clara de ovo sofre a desnaturalización e perda de solubilidade cando se cociña o ovo. (Abaixo) Os clips proporcionan unha analoxía visual que axuda á conceptualización do proceso de desnaturalización.]]

Cando se cociña un alimento, algunhas das súas proteína quedan desnaturalizadas. A isto débese que nos ovos cociñados a clara se volva branca e dura e que a carne cociñada quede firme.

Un exemplo clásico de desnaturalización de proteínas é a transformación da clara dos ovos, que é principalmente ovoalbuminas en auga. Cando as claras están frescas acabadas de sacar do ovo son transparentes e líquidas. Ao cociñar estas claras inestables termicamente vólvense opacas, formando unha masa sólida interconectada. A mesma transformación pode efectuarse por desnaturalización química. Se vertemos claras de ovo nun matraz con acetona as claras vólvense translúcidas e sólidas. A capa superior que se forma no leite callado é outro exemplo común de proteína desnaturalizada. A comida chamada ceviche prepárase ao “cociñar” quimicamente (mariñar) peixe cru e mariscos en ácido cítrico sen calor.

## Desnaturalización das proteínas 
As proteínas desnaturalizadas poden mostrar moi diversas características, desde a perda de solubilidade á agregación de proteínas.
[miniatura|As proteínas funcionais teñen catro niveis de organización estrutural: 1) [Estrutura primaria das proteínas|Estrutura primaria: a estrutura linear da secuencia de aminoácidos da cadea polipeptídica. 2) Estrutura secundaria: orixinada polos enlaces ou pontes de hidróxeno entre os péptidos da cadea na hélice alfa ou folla beta. 3) Estrutura terciaria: estrutura tridimensional de hélices alfa e follas beta pregadas no espazo. 4) Estrutura cuaternaria: estrutura tridimensional formada por múltiples polipéptidos unidos e a forma en que se unen.]]
miniatura|Proceso de desnaturalización: 1) Proteína funcional mostrando a súa estrutura cuaternaria. 2) Cando se aplica calor, este altera os enlaces intermoleculares da proteína. 3) Desfaise o pregamento dos polipéptidos (cadeas de aminoácidos).

### Introdución 
As proteínas ou polipéptidos son polímeros de aminoácidos. As proteínas fabrícanse nos ribosomas, que "len" os codóns dun ARNm, que é unha copia complementaria do xene do ADN onde está codificada a proteína en cuestión ; o ribosoma ensambla a combinación de aminoácidos requirida na mesma secuencia dos codóns, proceso chamado tradución. Despois a proteína formada sofre modificacións postraducionais, nas cales, por exemplo, pódese cortar parte da secuencia ou pódense engadir átomos ou moléculas adicionais, como ións metálicos. Unha vez que estas modificacións están completas, a proteína empeza a sufrir un pregamento (ás veces espontaneamente e ás veces coa axuda de encimas), dobrándose e enroscándose sobre si mesma para que os elementos hidrófobos da proteína queden agochados na zona profunda da estrutura da proteína (lonxe do contacto coa auga circundante) e os elementos hidrófilos acaban quedando na parte externa. A forma final da proteína determina como esta interacciona co seu ambiente.

O pregamento de proteínas consiste nun equilibrio entre unha cantidade substancial de interaccións intramoleculares débiles nunha proteína (hidrofóbicas, electrostáticas e de forzas de van der Waals) e interaccións entre a proteína e o solvente. Como resultado, este proceso depende grandemente do estado do ambiente no que se encontra a proteína.

Cando unha proteína se desnaturaliza, as estruturas secundaria e terciaria altéranse pero os enlaces peptídicos da estrutura primaria entre os aminoácidos quedan intactos. Como todos os niveis estruturais da proteína determinan a súa función, a proteína xa non pode realizar a súa función unha vez desnauralizada. Isto está en contraposición ás proteínas desestruturadas intrinsecamente, que non están pregadas dunha maneira determinada no seu estado nativo, pero aínda son funcionalmente activas e tenden a pregarse ao unirse á súa diana biolóxica.

### A desnaturalización nos distintos niveis da estrutura proteica 
* Na desnaturalización da estrutura cuaternaria as subunidades proteicas disócianse ou altérase a súa situación espacial.
* A desnaturalización da estrutura terciaria implica a distorsión de:
** Interaccións covalentes entre cadeas laterais de aminoácidos (como as pontes disulfuro entre grupos de cisteína).
** Interaccións non covalentes dipolo-dipolo entre cadeas laterais de aminoácidos polares (e o solvente que as rodea).
** Interaccións de van der Waals (dipolos inducidos) entre cadeas laterais de aminoácidos non polares.
* Na desnaturalización da estrutura secundaria, as proteínas perden todos os padróns repetidos regulares como as hélices alfa e as follas beta-pregadas e adoptan unha configuración aleatoria.
* A estrutura primaria da proteína, que é a secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, non se altera durante a desnaturalización.

#### Perda de función 
A maioría dos substratos biolóxicos perden as súas funcións biolóxicas cando se desnaturalizan. Por exemplo, os encimas perden a súa actividade catalítica, debido a que os substratos xa non poden unirse ao sitio activo, e porque os residuos de aminoácidos implicados na estabilización do estado de transición dos substratos xa non están ben situados para poder facelo. O proceso de desnaturalización e a perda de actividade asociada poden medirse usando técnicas como a interferometría de polarización dual, dicroísmo circular, QCM-D e MP-SPR.

#### Perda de actividade debida a metais pesados e metaloides 
Ao unirse ás proteínas, os metais pesados poden alterarlles a súa función e actividade. É importante sinalar que os metais pesados poden ser metais de transición e un selecto número de metaloides. Isto levou á noción de que toda a información que cómpre para que as proteínas adopten o seu estado nativo estaba codificada na estrutura primaria da proteína, e, por tanto, no ADN que codificaba a proteína, o que se chama hipótese termodinámica de Anfinsen.

A desnaturalización pode tamén ser irreversible. Esta ireversibilidade é tipicamente cinética, non unha irreversibilidade termodinámica, xa que unha proteína pregada xeralmente ten unha enerxía libre menor que cando está sen pregar. Pola irreversibilidade cinética, o feito de que a proteína estea bloqueada nun mínimo local pode facer que nunca máis se volva a pregar e quede irreversiblemente desnaturalizada.

#### Desnaturalización das proteínas debido ao pH 
A desnaturalización pode tamén ser causada por cambios no pH que poden afectar a química dos aminoácidos e dos seus residuos. Os grupos ionizables dos aminoácidos poden quedar ionizados cando acontecen cambios no pH. Un cambio de pH a condicións máis ácidas ou máis básicas pode inducir que a proteína perda o seu pregamento. O despregamento inducido por ácidos adoita ocorrer entre os pH 2 e 5; o despregamento inducido por bases xeralmente necesita un pH de 10 ou maior. A área de ADN parcialmente separado coñécese como burbulla de desnaturalización, que pode ser definida máis especificamente como a abertura da dobre hélice do ADN pola separación coordinada dos pares de bases. Porén, o modelo de Poland-Scheraga considérase hoxe demasiado elemental porque non consegue explicar as confusas implicacións xeradas pola secuencia do ADN, composición química, rixidez e torsión.

Recentes estudos de termodinámica inferiron que o tempo de vida dunha burbulla de desnaturalización particular vai desde 1 microsegundo a 1 milisegundo. Esta información está baseada en escalas emporais establecidas da replicación do ADN e a transcrición. Ademais da desnaturalización por calor, os ácidos nucleicos poden sufrir este proceso de desnaturalización se os expoñemos a diversos axentes químicos como a formamida, guanidina, salicilato de sodio, dimetil sulfóxido (DMSO), propilén glicol e urea. Estes axentes químicos desnaturalizantes rebaixan a temperatura de "fusión" (Tm) ao competiren con doantes e aceptores de enlaces de hidróxeno cos preexistentes pares de bases nitroxenadas. Algúns axentes mesmo teñen a capacidade de desnaturalización a temperaturas moderadas dunha habitación. Por exemplo, os axentes alcalinos (por exemplo o NaOH) desnaturalizan o ADN ao cambiar o pH do medio e retirar os protóns que contribúen á formación de enlaces de hidróxeno.

#### A desnaturalización química como alternativa 
A actividade óptica (absorción e dispersión da luz) e as propiedades hidrodinámicas (difusión traducional, coeficientes de sedimentación e tempos de correlación rotacional) de ácidos nucleicos desnaturalizados pola formamida son similares aos dos ácidos nucleicos desnaturalizados por calor. Por tanto, dependendo do efecto desexado, a desnaturalización química do ADN pode proporcionar un procedemento xenético para desnaturalizar ácidos nucleicos alternativo á desnaturalización inducida pola calor. Os estudos que compararon diferentes métodos de desnaturalización como o quentamento, muíños de bólas de diferentes tamaños de bólas, sonificación de sondas ultrasónicas e desnaturalización química mostran que a desnaturalización química pode proporcionar unha desnaturalización máis rápida comparada con outros métodos de desnaturalización de tipo físico descritos. Estas moléculas compiten cos aceptores de enlaces de hidróxeno que os rodean polos doantes de enlaces de hidróxeno, actuando así como "rompedores de enlace de hidróxeno" e debilitan as interaccións entre as moléculas que as rodean no seu ambiente. o nitróxeno e o oxíxeno manteñen, por tanto, o potencial de debilitar a integridade dun ADN cando este se expón ao aire. Como resultado, cómpre menos forza para separar as febras de ADN expostas ao aire e exemplificar menores temperaturas de "fusión".
* Ácido tricloroacético ao 12% en auga
* Ácido sulfosalicílico

#### Bases 
As bases funcionan de modo similar aos ácidos na desnaturalización. Entre elas está:
* Bicarbonato de sodio

#### Solventes 
Moitos disolventes son desnaturalizantes, como:
* Etanol

#### Reaxentes que establecen enlaces cruzados 
Entre estes axentes para proteínas están:
* Formaldehido
* Glutaraldehido

#### Axentes caotrópicos 
Entre eles están os seguintes:
* Urea 6 – 8 mol/l
* Cloruro de guanidinio 6&nbsp;mol/l
* Perclorato de litio 4,5&nbsp;mol/l
* Dodecilsulfato sódico (SDS)

#### Redutores de pontes disulfuro 
Os axentes que rompen pontes disulfuro por redución inclúen:
* 2-Mercaptoetanol
* Ditiotreitol
* TCEP (tris(2-carboxietil)fosfina)

#### Axentes reactivos quimicamente 
Axentes como o peróxido de hidróxeno, cloro elemental, ácido hipocloroso, bromo, auga de bromo, iodo, ácido nítrico e ácidos oxidantes e ozono reaccionan con residuos sensibles das proteínas como os sulfuro/tiol, e os aneis aromáticos activados (fenilalanina) causando danos nas proteínas e facéndoas non funcionais.

#### Outros 
* Axitación mecánica
* Ácido pícrico
* Radiación
* Temperatura

### Desnaturalizantes de ácidos nucleicos 
#### Químicos 
Entre os desnaturalizantes ácidos de ácidos nucleicos están:
* Ácido acético
* HCl
* Ácido nítrico 
Desnaturalizantes básicos utilizados como:
* NaOH
Outros desnaturalizantes de ácidos nucleicos son:
* DMSO
* Formamida
* Guanidina
* Salicilato de sodio
* Propilén glicol
* Urea

#### Físicos 
* Temperatura (desnaturalización térmica)
* Muíño de bólas
* Sonicación de sonda ultrasónica
* Radiación

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Alcohol desnaturalizante
* Fixación (histoloxía)
* Pregamento das proteínas
* Pelota aleatoria (*random coil*)

### Ligazóns externas 
* McGraw-Hill Online Learning Center &mdash; Animación: Desnaturalización das proteínas