Denatürasyon

Denatürasyon, protein veya nükleik asitlerin doğal yapısında mevcut olan sekonder, tersiyer ve kuaterner yapılarının bazı fiziksel (yüksek sıcaklık, radyasyon) ve kimyasal (kuvvetli asit veya baz, organik çözücüler (alkol, kloroform vb.), yoğun inorganik tuz çözeltisi) dış etkilerle bozularak primer yapılarına dönüşmeleri sürecidir. Canlı bir hücredeki proteinlerin denatüre olması, hücresel aktivitelerde bozulma ve belki de hücrenin ölümüyle sonuçlanır.

Yaygın örnekler

Yumurtanın sahanda pişirilmesi sonucunda yumurtanın ısı etkisiyle katılaşması ve beyaza dönmesi denatürasyona bir örnektir. Kaynamış sütün üzerinde oluşan kaymak da bir denatürasyon olayıdır.

Yumurta akının denatürasyonunun geri dönüşümsüz olmasına rağmen diğer birçok denatürasyon olayı geri dönüşümlüdür.

Protein denatürasyonu

Arka plan

Proteinler amino asit polimerleridir. Bir protein, genlerdeki kodonların kodladığı RNA'ları okuyan ve translasyon denen süreçte gerekli olan amino asit kombinasyonunu genetik bilgiye göre oluşturan ribozomlar tarafından sentezlenir. Yeni oluşmuş protein zinciri posttranslasyonel modifikasyona uğrayarak bakır, çinko ve demir gibi çeşitli atom ya da moleküller zincire eklenir. İlk olarak posttranslasyonel modifikasyon süreci tamamlanır ve protein katlanmaya başlayıp (bazen kendiliğinden, bazense enzim yardımıyla) kendi üzerinde kıvrılır, böylelikle hidrofobik elementler yapının derinliklerine gömülür ve hidrofilik elementler de dış bölümde yer alır. Proteinin son şekli, ortamla nasıl bir etkileşim halinde olacağını belirler.

Protein denatürasyona uğradığında sekonder, tersiyer ve kuaterner yapıları bozulur fakat primer yapıdaki amino asitler arasındaki peptit bağları sağlam kalır. Protein denatürasyona uğrar uğramaz tüm yapısal düzeylerin bir arada bulunduğu durumdaki fonksiyonunu artık yerine getiremez duruma gelir. Bu durum kendiliğinden yapısız proteinlere bir zıtlık oluşturur çünkü primer, sekonder, tersiyer ya da kuaterner yapılara sahip olmadıklarından hiçbir durumda işlevlerini kaybetmezler.

Denatürasyonun farklı protein yapı düzeylerinde ortaya çıkış biçimleri

Kuaterner yapı denatürasyonunda protein alt birimlerleri birbirinden ayrılır ve/veya bu alt birimlerin konformasyonu bozulur.
Tersiyer yapı denatürasyonu şu bozulmaları kapsar:

Amino asit yan halkaları arasındaki kovalent etkileşimler (sistein grupları arasındaki disülfit bağları gibi)

Polar amino asit yan zincirleri arasındaki kovalent olmayan dipol-dipol etkileşimler

Polar olmayan amino asit yan zincirleri arasındaki van der Waals etkileşimleri (indüklenmiş dipol)

Sekonder yapı denatürasyonunda proteinler alfa sarmalı ve beta yaprağı gibi tüm düzenli tekrar eden yapılarını kaybeder ve rastgele sarım şeklini alırlar
Primer yapıda, örneğin amino asit dizilerini bir arada tutan kovalent peptit bağlarında, herhangi bir denatürasyonel bozulma görülmez.

Nükleik asit denatürasyonu

DNA gibi nükleik asitlerin denatürasyonu, yüksek sıcaklıkta iki zincir arasındaki hidrojen bağlarının koparak çift zincirli yapının iki tane tek zincire dönüşmesiyle oluşur. Bu durum, polimeraz zincir tepkimesi (PCR) esnasında ortaya çıkabilir. Tavlama esnasında sıcaklığın yavaş yavaş düşürülmesi birbirini tamamlayıcı zincirler arasında baz çiftinin doğru bir şekilde oluşmasını sağlar. Sıcaklığın ani bir şekilde düşürülmesiyse primerin hatalı DNA dizileriyle hibritleşmesine yol açar.