Desnaturalización (bioquímica)

2024-09-12T04:18:11Z

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{{referencias|t=20160903224205}}
En [[bioquímica]], la '''desnaturalización''' es un cambio estructural de las [[proteína]]s o [[Ácido nucleico|ácidos nucleicos]], donde pierden su [[estructura química|estructura nativa]], y de esta forma su óptimo funcionamiento y a veces también cambian sus propiedades físico-químicas-estructurales.

== Desnaturalización de una proteína ==
[[Archivo:Fried_egg,_sunny_side_up.jpg|miniaturadeimagen|150px|Desnaturalización '''irreversible''' de la [[ovoalbúmina|proteína de la clara de huevo]] y pérdida de [[solubilidad]], causadas por la alta temperatura (mientras se la fríe).]]
Las proteínas se desnaturalizan cuando pierden su estructura tridimensional ([[Estructura terciaria de las proteínas|conformación espacial]]) y así el característico [[plegamiento de proteínas|plegamiento]] de su estructura.<ref>{{Cita libro|apellidos=Badui Dergal|nombre=Química de los alimentos|enlaceautor=|título=Química de los alimentos|url=https://www.freelibros.me/quimica/quimica-de-los-alimentos-5ta-edicion-salvador-badui-dergal|fechaacceso=05/07/19|año=2006|editorial=PEARSON Educación|isbn=978-970-260-670-3|editor=Enrique Quintanar Duarte|ubicación=Biblioteca de la escuela Técnica Josefa Capdevila Balcarce 96 San Martín Mendoza|página=Página 164|idioma=Español|capítulo=Capítulo 3.6}}</ref> La palabra desnaturalización indica que la estructura se aleja de la forma nativa debido a un importante cambio en su conformación tridimensional.

Las [[proteína]]s son polímeros lineales de [[aminoácido]]s unidos en una secuencia específica. Son sintetizadas por los [[ribosoma]]s que "leen" [[Codón|codones]] de los genes y ensamblan en el orden de aminoácidos por la instrucción genética, en un proceso conocido como [[Traducción (genética)|traducción]].<ref>{{Cita libro|edición=Fourth edition|título=Lehninger principles of biochemistry|url=https://www.worldcat.org/oclc/55476414|editorial=W.H. Freeman|fecha=2005|fechaacceso=10 de abril de 2020|isbn=0-7167-4339-6|oclc=55476414|apellidos=Lehninger, Albert L.,|apellidos2=Cox, Michael M.}}</ref> Muchas proteínas recién creadas experimentan una [[modificación postraduccional|modificación]] post-traduccional en la que se agregan [[átomo]]s o [[molécula]]s adicionales, como el [[cobre]], [[zinc]] y [[hierro]].

El '''plegamiento''', es decir, el proceso que conduce a la forma tridimensional del polipéptido, ocurre en seguida o a la par de la traducción sin alterar su secuencia, de forma tal que los residuos [[hidrófobo]]s de la proteína quedan encerrados dentro de su estructura y los elementos [[hidrófilo]]s quedan expuestos al exterior. Este proceso de plegamiento es espontáneo, pero con frecuencia requiere la asistencia de [[enzima]]s especializadas llamadas [[Proteína chaperona|chaperonas]]. La forma final de la proteína determina cómo interaccionará con el entorno.

Si la forma de la proteína es alterada por algún factor externo (por ejemplo, aplicándole calor, [[ácido]]s o [[álcali]]s), no es capaz de cumplir su función celular. Este es el proceso llamado '''desnaturalización'''.

=== Cómo la desnaturalización afecta a los distintos niveles ===
* En la desnaturalización de la [[estructura cuaternaria]], las subunidades de proteínas se separan o su posición espacial se corrompen.
* La desnaturalización de la [[estructura terciaria]] implica la interrupción de:
** Enlaces no covalentes [[dipolo-dipolo]] entre cadenas laterales polares de aminoácidos.
** Enlaces dipolo inducidos por [[Fuerzas de Van der Waals|fuerzas de Van Der Waals]] entre cadenas laterales no polares de aminoácidos.
* En la desnaturalización de la [[estructura secundaria]] las proteínas pierden todos los patrones de repetición regulares como las [[Hélice alfa|hélices alfa]] y adoptan formas aleatorias.
* La [[estructura primaria]], la secuencia de aminoácidos ligados por [[enlace peptídico|enlaces peptídicos]], no es interrumpida por la desnaturalización.

En casos extremos de calentamiento o exposición a los agentes desnaturalizantes, se rompen los enlaces [[covalente]]s entre las cadenas laterales de los aminoácidos (como los [[puente disulfuro|puentes disulfuros]] entre las [[cisteína]]s) o entre los mismos aminoácidos.

=== Pérdida de función ===
La mayoría de las proteínas pierden su función biológica cuando están desnaturalizadas, por ejemplo, las [[enzima]]s pierden su [[actividad catalítica]], porque los sustratos no pueden unirse más al centro activo, y porque los residuos del aminoácido implicados en la estabilización de los sustratos no están posicionados para hacerlo.

=== Reversibilidad e irreversibilidad ===
[[Archivo:Proteinaa.jpg|miniaturadeimagen|derecha|200px|Proteína cuya desnaturalización es reversible.]]
En muchas proteínas la desnaturalizacion no es reversible; esto depende del grado de modificación de las estructuras de la proteína. Aunque se ha podido revertir procesos de desnaturalización quitando el agente desnaturalizante, en un proceso que puede tardar varias horas, incluso días; esto se debe a que el proceso de reestructuración de la proteína es tentativo, es decir, no asume su forma original inmediatamente, así muchas veces se obtienen estructuras distintas a la inicial, además con otras características como '''insolubilidad''' (debido a los agregados polares que puedan unírsele).
Recientemente se ha descubierto que, para una correcta renaturalización, es necesario agregar trazas del [[Agente caotrópico|agente desnaturalizante]].
Esto fue importante históricamente, porque condujo a la noción de que toda la información necesaria para que la proteína adopte su forma nativa se encuentra en la estructura primaria de la proteína, y por lo tanto en el [[ADN]] que la codifica.

=== Algunos ejemplos comunes ===
Cuando se cocina el alimento, algunas de sus proteínas se desnaturalizan. Esta es la razón por la cual los huevos hervidos llegan a ser duros y la carne cocinada llega a ser firme. En la preparación de ceviches o carne en un ácido como la naranja se observa que adoptan una coloración blanquecina (esto es debido a la desnaturalización).

Un ejemplo clásico de desnaturalización de proteínas se da en la [[Clara de huevo|clara de los huevos]], que son en gran parte albúminas en agua. En los huevos frescos, la clara es transparente y líquida; pero al cocinarse se torna opaca y blanca, formando una masa sólida intercomunicada. Esa misma desnaturalización puede producirse a través de una desnaturalización química, por ejemplo volcándola en un recipiente con [[acetona]]. Otro ejemplo es la [[nata (cuajada)|nata]], que se produce por calentamiento de la [[lactoalbúmina]] de la leche (y que no tiene nada que ver con la crema).
La proteína de la leche se llama caseína y se desnaturaliza cuando el pH de la leche se modifica. Esto se le conoce en lo cotidiano “Se cortó la leche”. La caseína se desnaturaliza cuando se agrega a un vaso de leche suficiente jugo de limón para modificar el pH de la misma.

== Desnaturalización de ácidos nucleicos ==
La desnaturalización de ácidos nucleicos como el [[ADN]] por altas temperaturas produce una separación de la doble hélice, que ocurre porque los [[Enlace de hidrógeno|enlaces o puentes de hidrógeno]] se rompen.

Esto se utiliza durante la [[reacción en cadena de la polimerasa]]; para separar las cadenas del ácido nucleico y permitir la síntesis de la cadena complementaria bajo condiciones controladas. Después, al bajar la temperatura las cadenas se vuelven a unir ([[Hibridación (biología molecular)|renaturalizarse]]). Si las condiciones son restauradas rápidamente, las cadenas pueden no alinearse correctamente.

== Factores desnaturalizantes ==
Los agentes que provocan la desnaturalización proteica se llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos (calor) y químicos (detergentes, disolventes orgánicos, [[pH]], [[fuerza iónica]]).<ref>{{Cita libro|título=How proteins work|url=https://www.worldcat.org/oclc/668196960|editorial=Garland Science|fecha=2012|fechaacceso=10 de abril de 2020|isbn=978-0-8153-4446-9|oclc=668196960|apellidos=Williamson, Mike (Michael Paul)}}</ref> Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en:

# La polaridad del disolvente.
# La fuerza iónica.
# El pH.
# La temperatura.

=== Efecto de la polaridad del disolvente sobre la estructura de las proteínas ===
La polaridad del disolvente disminuye cuando se le añaden sustancias menos polares que el agua como el etanol o la acetona. Con ello disminuye el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la molécula proteica, provocando la agregación y precipitación. Los disolventes orgánicos interaccionan con el interior hidrófobo de las proteínas y desorganizan la estructura terciaria, provocando su desnaturalización y precipitación. La acción de los detergentes es similar a la de los disolventes orgánicos.

=== Efecto de la fuerza iónica sobre la estructura de las proteínas ===
A veces es una disminución en la fuerza iónica la que provoca la precipitación. Así, las proteínas que se disuelven en medios salinos pueden desnaturalizarse al dializarlas frente a agua destilada, y se renaturalizan cuando se restaura la fuerza iónica original.

=== Efecto del pH sobre la estructura de las proteínas ===
Los [[iones]] H<sup>+</sup> y OH<sup>-</sup> del agua provocan efectos parecidos, pero además de afectar a la envoltura acuosa de las proteínas también lo hace a la [[carga eléctrica]] de los grupos [[ácidos]] y básicos de las cadenas laterales de los [[aminoácidos]]. Esta alteración de la carga superficial de las proteínas elimina las interacciones [[electrostática]]s que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su [[Precipitado|precipitación]]. La [[solubilidad]] de una proteína es mínima en su [[punto isoeléctrico]], ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsión [[electrostática]] que pudiera dificultar la formación de [[precipitado|agregados]].

=== Efecto de la temperatura sobre la estructura de las proteínas ===
Cuando la temperatura es elevada aumenta la energía cinética de las moléculas con lo que se desorganiza la envoltura acuosa de las proteínas, y se desnaturalizan. Asimismo, un aumento de la temperatura destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la proteína, de forma que el interior hidrófobo interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada.

== Historia ==
Gracias a las investigaciones del bioquímico [[Christian B. Anfinsen|Christian Anfinsen]], en 1957, mediante los experimentos que realizó con la [[ribonucleasa]] (comúnmente RNasa), demostró que es posible que las [[proteína]]s se desnaturalicen de manera reversible. Al principio se pensaba que la desnaturalización y pérdida de función en las proteínas era irreversible.<ref>{{Cita libro|edición=Seventh edition|título=Molecular biology of the gene|url=https://www.worldcat.org/oclc/824087979|fechaacceso=10 de abril de 2020|isbn=978-0-321-76243-6|oclc=824087979|apellidos=Watson, James D., 1928-}}</ref>

La ribonucleasa es una proteína que está formada por 124 [[aminoácido]]s de los cuales 8 son cisteínas ([[Cys]]) que forman 4 [[enlaces disulfuro]]. El experimento consistió en que Anfinsen agregó a la ribonucleasa [[urea]] 8 M (mol/L) y [[beta-mercaptoetanol]], la combinación entre estas dos sustancias provocan la desnaturalización de la proteína anulando sus funciones biológicas.

Pero pudo observar que si eliminaba la urea y el beta-mercaptoetanol, la ribonucleasa recuperaba toda su actividad, lo que implica que los puentes de hidrógeno y los puentes disulfuro de las estructuras secundarias y terciarias se volvieron a formar recuperando su función.

Gracias a esta observación pudo concluir que el plegamiento es espontáneo y es termodinámicamente favorable y que la información sobre el plegamiento reside solo en la cadena lineal, es decir, la configuración estructural de una proteína es una información que se encuentra codificada en la estructura primaria de dicha proteína.

== Véase también ==
* [[Plegamiento de proteínas]]

== Referencias ==
{{listaref}}

{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Proteínas]]
[[Categoría:Ácidos nucleicos]]

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