Denaturalización

Desnaturalización inducida biológicamentedesnaturalización inducida biológicamente

Esta es una forma de desnaturalización que ocurre en los sistemas biológicos. Esto incluye los procesos biológicamente importantes del ADN, como la replicación del ADN, la transcripción, la reparación del ADN. En estos procesos, el ADN de doble cadena se desenrolla y las dos cadenas se separan parcialmente formando la llamada «burbuja». En la transcripción, por ejemplo, parte del ADN se desenrolla y forma una burbuja de transcripción desde donde un sitio en la burbuja sirve como sitio de acoplamiento para la ARN polimerasa. (Ref.1)

Desnaturalización no inducida biológicamente

La desnaturalización no inducida biológicamente implica un proceso que no es de naturaleza biológica sino que es causado por otros medios externos, que pueden ser químicos o físicos. Las sustancias químicas, como los metales pesados y los metaloides, pueden alterar las estructuras biomoleculares. Provocan la desnaturalización de las proteínas de diferentes maneras. Por ejemplo, las proteínas se desnaturalizan cuando estas sustancias químicas reaccionan a través de sus grupos funcionales laterales o cuando oxidan las cadenas laterales de aminoácidos. También pueden tender a dislocar los iones metálicos en las metaloproteínas. (Ref.2) Además de alterar directamente la estructura de las proteínas, las sustancias químicas (ácidos o bases) también pueden inducir la desnaturalización mediante cambios en el pH. Los ácidos que hacen que el pH fisiológico descienda a 5 o menos pueden provocar el llamado desdoblamiento de proteínas inducido por ácidos; las bases que hacen que el pH aumente a 10 o más pueden provocar posiblemente el desdoblamiento de proteínas inducido por bases. (Ref.3) En cuanto a los factores físicos, el estrés ambiental que puede causar la desnaturalización de las proteínas y los ácidos nucleicos incluye la temperatura extrema, la radiación, la salinidad, la presión y las moléculas electronegativas de la atmósfera (por ejemplo nitrógeno y oxígeno); pueden romper los enlaces de hidrógeno en una biomolécula.

Efectos de la desnaturalización en las biomoléculas

La desnaturalización hace que una biomolécula, como un ácido nucleico o una proteína, se desvíe de su estado estructural original. Esto significa que la secuencia de las unidades monoméricas que componen la molécula puede seguir siendo la misma. Lo que se interrumpe tras la desnaturalización es la estructura 3D original de la biomolécula. Por ejemplo, las enzimas (proteínas catalizadoras) se desdoblan y pierden su sitio activo cuando se tratan con agentes desnaturalizadores (por ejemplo, ácidos o bases fuertes, calor, disolventes y sales). Los enlaces peptídicos entre los aminoácidos de una secuencia no son tan susceptibles a la desnaturalización como los enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, lo que la desnaturalización interrumpe es el plegamiento estructural de las enzimas desnaturalizadas. La alteración del plegamiento estructural significa que su forma tridimensional está dañada y que su función como catalizadores de reacciones biológicas se pierde. ¿Cómo? Uno de los pasos postraduccionales de la síntesis de proteínas es la maduración de las mismas. La proteína recién sintetizada aparece como un polímero lineal de aminoácidos. A continuación, se pliega para convertirse en una molécula tridimensional. La forma 3D se consigue mediante la formación de enlaces de hidrógeno dentro de su estructura. El resultado final es una proteína madura con una forma distintiva y un «sitio activo» a través del cual se pueden unir sustratos específicos. Sin embargo, cuando una proteína se expone a un desnaturalizante, los enlaces de hidrógeno que ayudan a formar la estructura 3D de la proteína se rompen. Esto provoca la ruptura de la estructura de la proteína. También se pierde el «sitio activo». Así, los sustratos que originalmente pueden unirse al sitio activo de la enzima ya no podrán hacerlo tras la desnaturalización. Como resultado, el proceso bioquímico que se instiga mediante la unión de la enzima y el sustrato también se verá interrumpido. Esto explica que condiciones extremas, como la exposición a radiaciones prolongadas, al calor y a sustancias químicas fuertes, puedan ser letales para los organismos. Estos agentes desnaturalizadores pueden romper los enlaces de hidrógeno que ayudan a formar la configuración 3D de estas biomoléculas. Aparentemente, los enlaces de hidrógeno son un tipo de enlace químico débil; se rompen fácilmente por la exposición al calor, la radiación y otros factores de estrés.

La presencia de proteínas desnaturalizadas o de ácidos nucleicos desnaturalizados implica una posible alteración de la actividad celular. Si la célula no consigue corregir la alteración, corre el riesgo de sufrir una muerte celular prematura. Las proteínas pueden recuperar su estado activo natural si se elimina el agente desnaturalizador. Sin embargo, hay casos en los que el proceso es irreversible. Las proteínas tienen que estar correctamente plegadas para ser funcionales. Los ácidos nucleicos, a su vez, tienen que mantener la estabilidad estructural para minimizar el riesgo potencial de mutación. De lo contrario, el organismo podría correr el riesgo de desarrollar una enfermedad. La desnaturalización y agregación de las proteínas es la causa de la ceguera, la enfermedad de Alzheimer y muchas otras enfermedades neurodegenerativas. (Ref.4)

La desnaturalización que supone un cambio en la estructura química no es aplicable para explicar la desnaturalización del alcohol en la industria alimentaria. Es un aspecto diferente. La desnaturalización, en este sentido, no implica un cambio de estructura, sino simplemente la adición de una sustancia nociva a un alimento o bebida. La estructura química del alcohol desnaturalizado, por ejemplo, no se ve alterada, sino que sólo significa que tiene aditivos que lo hacen poco apetecible para el ser humano.