Denaturation

n.., diˈneɪ tʃəræʃən
変性剤にさらされた結果、分子が変性するプロセス

目次

語源

「変性」という言葉は、「denature」と接尾語の「ion」を組み合わせたものです。

変性の種類

変性の種類には、その原因によって次のようなものがあります。

変性の種類には、（1）生物学的に誘発されるもの、（2）生物学的に誘発されないものがあります。

生物学的に

これは、生物学的システムで起こる変性の一形態です。 これには、DNA複製、転写、DNA修復など、生物学的に重要なDNAプロセスが含まれます。 これらのプロセスでは、二本鎖DNAが巻き戻され、2本の鎖が部分的に分離して、いわゆる「バブル」が形成されます。 例えば、転写では、DNAの一部がほどけて転写バブルが形成され、そのバブルの中のある場所がRNAポリメラーゼのドッキングサイトとして機能します。 (参考文献1)

非生物学的変性

非生物学的変性とは、生物学的なものではなく、化学的または物理的な他の外的手段によって引き起こされるプロセスを意味します。 重金属や金属化合物などの化学物質は、生体分子の構造を破壊します。 重金属や金属化合物などの化学物質は、生体分子の構造を破壊し、さまざまな方法でタンパク質を変性させます。 例えば、タンパク質は、これらの化学物質が官能的な側鎖を介して反応したり、アミノ酸の側鎖を酸化させたりすると変性します。 また、金属タンパク質の金属イオンを脱臼させることもあります。 タンパク質の構造を直接破壊する以外に、化学物質（酸や塩基）はpHの変化によっても変性を引き起こすことがある。 酸は生理的pHを5以下に低下させることで、いわゆる酸誘起タンパク質アンフォールディングを引き起こし、塩基は生理的pHを10以上に上昇させることで、塩基誘起タンパク質アンフォールディングを引き起こす可能性がある。 (参考文献3)物理的要因としては、タンパク質や核酸の変性を引き起こす環境ストレスとして、極端な温度、放射線、塩分、圧力、大気中の電気陰性分子（窒素や酸素など）が挙げられます。

Effects of Denaturation in Biomolecules

変性は、核酸やタンパク質などの生体分子が本来の構造状態から逸脱することを意味します。 つまり、分子を構成するモノマー単位の配列が変わらない場合もあります。 変性に伴い破壊されるのは、生体分子の本来の立体構造である。 例えば、酵素（触媒タンパク質）は、変性剤（強酸・強塩基、熱、溶媒、塩類など）で処理されると、展開して活性部位を失う。 配列されたアミノ酸の間のペプチド結合は、水素結合ほど変性の影響を受けない。 したがって、変性によって破壊されるのは、変性した酵素の構造的な折りたたみです。 構造的な折り畳みが崩れるということは、立体的な形状が損なわれ、生体反応の触媒としての機能が失われることを意味する。 どのようにして？ タンパク質合成の翻訳後のステップの1つに、タンパク質の成熟がある。 合成されたばかりのタンパク質は、アミノ酸の直鎖状のポリマーとして現れます。 その後、適宜折りたたまれて3次元の分子になります。 この3D形状は、構造内で水素結合を形成することによって達成される。 最終的には、独特の形状と、特定の基質が結合する「活性部位」を持つ成熟したタンパク質になります。 しかし、タンパク質が変性剤にさらされると、タンパク質の3D構造を形成する水素結合が破壊される。 その結果、タンパク質の構造が崩れてしまうのです。 また、「活性部位」も失われます。 そのため、本来は酵素の活性部位に結合できる基質も、変性後は結合できなくなる。 その結果、酵素と基質が結合することによって引き起こされる生化学的プロセスも中断されることになる。 これは、長時間の放射線、熱、強力な化学物質などの極端な条件が生物にとって致命的であることを説明している。 これらの変性剤は、生体分子の3次元構造を形成する水素結合を破壊してしまう。 水素結合は弱い化学結合で、熱や放射線などのストレスで簡単に切れてしまうのです。

変性したタンパク質や変性した核酸があるということは、細胞の活動が乱れている可能性があります。

変性したタンパク質や変性した核酸が存在すると、細胞の活動が妨げられる可能性があり、細胞がその障害を修正できなければ、早期に細胞死に至る危険性があります。 変性剤を除去すれば、タンパク質は本来の活性状態に戻ります。 しかし、その過程が元に戻らない場合もある。 タンパク質は適切に折り畳まれなければ機能を発揮しません。 一方、核酸は構造的に安定していなければ、突然変異のリスクを最小限に抑えることはできません。 そうしないと、体が病気になる危険性があるからです。 失明やアルツハイマー病をはじめとする多くの神経変性疾患の原因は、タンパク質の変性と凝集にあると言われています。 (資料4)

化学構造の変化を伴う変性は、食品業界におけるアルコール変性の説明には当てはまりません。 別の側面があるからです。 この点での変性は、構造の変化を伴うものではなく、単に飲食物に有害な物質が付加されることを意味します。 例えば、変性アルコールの化学構造は変化しておらず、むしろ人間が口にできないような添加物が入っているというだけです。