دناتوره شدن چیست؟ – انواع و عوامل – به زبان ساده

دناتوره شدن چیست ؟

دناتوره شدن پروتئین

• ساختار اول: ساختار خطی پلیمر که از کنار هم قرارگرفتن آمینواسیدها تشکیل می‌شود.
• ساختار دوم: تاخوردگی‌های اولیه و تشکیل موتیف‌های آلفاهلیکس و صفحات بتا که به‌کمک پیوندهای هیدروژنی درون‌مولکولی به‌وجود می‌آیند.
• ساختار سوم: جهت‌گیری آمینواسیدهای لازم برای ساخت واحدهای عملکردی (دومین) ازجمله جایگاه فعال آنزیم در این ساختار انجام می‌گیرد.
• ساختار چهارم: برهم‌کنش زیرواحدها در این ساختار، تعیین‌کننده ساختار سه‌بعدی پروتئین و کنفورماسیون‌های عملکردی آن است.

عوامل دناتوره کننده پروتئین

عوامل دناتوره‌کننده پروتئین را می‌توان بر اساس ماهیت به دو نوع فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد.

• عوامل فیزیکی: این گروه شامل عواملی مانند گرما، تغییرات pH و اشعه ماورابنفش می‌شوند.
• عوامل شیمیایی یا «دناتورانت‌ها» (Denaturant) : این گروه شامل اسیدها، ترکیبات قلیایی، نمک‌های فلزات سنگین، اوره، اتانول و دترجنت‌های مختلف می‌شوند.

عوامل دناتوره‌کننده، موادی هستند که با ایجاد تغییر در برهم‌کنش‌های واندروالسی، یونی، هیدروژنی و آبگریز در ساختارهای چهارگانه پروتئین تغییر ایجاد می‌کنند.

انواع دناتوره شدن پروتئین

دناتوراسیون پروتئین بر اساس نوع عامل دناتوره‌کننده به سه دسته کلی تقسیم می‌شود.

• دناتوره شدن با تغییر pH
• دناتوره شدن شیمیایی
• دناتوره شدن به‌وسیله گرما و اشعه UV

دناتوره شدن با تغییر pH

تغییرات pH محیط بر تعداد پیوندهای هیدروژنی بین اسیدهای آمینه تاثیر می‌گذارد و ساختار سه‌بعدی پروتئین را تغییر می‌دهد. در pH فیزیولوژیک، بار کلی اسکلت پروتئین صفر است ولی زنجیره‌های جانبی آمینواسیدها به دلیل از دست دادن یا جذب هیدروژن بار منفی یا مثبت دارند. تغییرات pH محیط، بار کلی مولکول، برهم‌کنش آمینواسیدها با هم و در نتیجه ساختار سه‌بعدی پروتئین را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

دناتوره شدن شیمیایی

دترجنت‌ها

اوره

دناتوره شدن با گرما یا اشعه

تفاوت دناتوراسیون و تخریب پروتئین

تفاوت دناتوراسیون و «تخریب» (Degradation) پروتئین را در جدول زیر توضیح می‌دهیم.

دناتوره شدن آنزیم

دناتوره شدن DNA

• افزایش دما
• استفاده از $$NaOH$$
• تغییر غلظت نمک
• تغییر pH محیط

دناتوراسیون DNA به کمک افزایش دما

دناتوراسیون DNA به کمک استفاده از $$NaOH$$

دناتوراسیون DNA به کمک تغییر غلظت نمک

غلظت بالای نمک، DNA را دناتوره می‌کند. برای دناتوراسیون کامل ممکن است این روش همراه افزایش دما یا اسید انجام شود و غیرقابل برگشت است.

دناتوراسیون DNA به کمک تغییر pH محیط

در pH بالای ۱۱، حضور $$OH^{–}$$، باعث باز شدن پیوندهای هیدروژرنی بین بازها در ۲ رشته DNA، دناتوراسیون مولکول می‌شود.

عوامل دناتوره شدن DNA

عوامل دناتوره شدن DNA را می‌توان بر اساس ماهیت به دو نوع فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد.

• عوامل فیزیکی: این گروه شامل عواملی مانند گرما، اشعه UV، امواج مافوق صوت و فشار زیاد می‌شوند.
• عوامل شیمیایی: این گروه شامل اسیدها، ترکیبات قلیایی، نمک‌های فلزات سنگین، اوره، اتانول و دترجنت‌های گوانیدین می‌شوند. ترکیبات اسیدی و قلیایی مستقیما به پیوند هیدروژنی حمله می‌کنند اما اوره و دترجنت‌های گوانیدین با این پیوندها تداخل پیدا می‌کنند.

اندازه‌گیری میزان دناتوراسیون DNA

ساختار مولکول DNA از بازهای آلی تشکیل شده است که اشعه UV را در طول موج ۲۶۰ نانومتر جذب می‌کنند. به‌همین دلیل، برای اندازه‌گیری میزان دناتوره شدن این مولکول از «اسپکتروفوتومتر» (Spectrophotometer) استفاده می‌کنیم. میزان جذب اشعه UV در DNA تک‌رشته‌ای به‌دلیل در معرض بودن بازهای آلی بیشتر است. میزان دناتوره شدن مولکول را می‌توان به کمک میزان جذب بازها و پیدا کردن دمای ذوب ($$T_{m}$$) اندازه گرفت. دمای ذوب DNA دمایی است که در آن نیمی از مولکول‌های DNA کاملا دناتوره شده‌اند و وابسته به سه عامل است.

• محتوای نوکلئوتیدی مولکول: نوکلئوتیدهای گوانین (G) و سیتوزین (C) با سه پیوند هیدروژنی و نوکلئوتیدهای آدنین (A) و تیمین (T) با دو پیوند هیدروژنی به هم متصل هستند. به‌همین دلیل هر چه محتوای G-C در DNA بیشتر باشد دمای ذوب نیز بالاتر می‌رود.
• طول مولکول: هر چه طول DNA بیشتر باشد انرژی بیشتری برای باز کردن دو رشته از هم نیاز است و دمای ذوب بالاتر می‌رود.
• قدرت یونی محلول حاوی DNA: قدرت یونی محلول، به معنی غلظت کل یون‌های موجود در محلول است. هر چه میزان غلظت یون‌ها در محلول بیشتر باشد، به دلیل وجود کاتیون‌های بیشتر، پایداری DNA و دمای ذوب مولکول افزایش می‌یابد.

تفاوت دناتوراسیون و رناتوراسیون DNA

دناتوراسیون و رناتوراسیون DNA دو فرایند معکوس هستند که هم در بدن موجود زنده و هم در آزمایشگاه، برای انجام تکنیک‌های شناسایی، مقایسه و تعیین توالی انجام می‌گیرند. تفاوت‌‌های این دو فرایند در جدول زیر آمده است.

دناتوراسیون RNA

با وجود اینکه RNA یک مولکول تک‌رشته‌ای است، ساختارهای دوم و سومی دارد که به‌وسیله پیوندهای درون‌مولکولی ایجاد می‌شوند. برای انجام تکنیک‌های آزمایشگاهی، ابتدا نیاز است که این مولکول دناتوره شود.

دناتوراسیون برگشت پذیر

در بعضی از موارد، با خارج کردن دناتورانت، پروتئین به ساختار عملکردی برمی‌گردد. به این نوع دناتوراسیون، برگشت‌پذیر می‌گویند. اگرچه در مواردی مثل پختن تخم‌مرغ که دناتوراسیون شدید است، حتی با برداشت دناتورانت ساختار عملکردی پروتئین احیا نمی‌شود. دناتوراسیون اسیدهای نوکلئوئیک نیز در مواردی مثل همانندسازی، برگشت‌پذیر است.

فیلم آموزش زیست‌ شناسی سلولی در فرادرس

کلیک کنید

پرسش‌های متداول

هنگام مطالعه در مورد دناتوره شدن پروتئین و اسیدهای نوکلئوئیک ممکن است پرسش‌هایی برای شما پیش بیاید که در این بخش به آن‌ها می‌پردازیم.

رناتوراسیون چیست؟

بازسازی شکل اولیه ماکرومولکول پس از دناتوره شدن «رناتوراسیون» (Renaturation) نام دارد.

واسرشت چیست ؟

واسرشت همان دناتوره شدن پروتئین یا ‌DNA است.

الکل دناتوره چیست ؟

«الکل دناتوره» (Denatured Alcohol)، اتانولی است که به کمک مواد افزودنی، خاصیتی سمی و تلخ‌مزه پیدا کرده است. به دلیل تداخل ترکیبات افزودنی با ساختار DNA،‌ از این الکل نباید برای دناتوره‌کردن مولکول DNA، در آزمایشگاه استفاده کنیم.

تفاوت دناتوراسیون و انعقاد پروتئین

دناتوراسیون از دست دادن ساختار عملکردی پروتئین است. اما «انعقاد» (Coagulation) به حالتی گفته می‌شود که پروتئین به‌دلیل تغییر ساختار در اثر افزایش دما، اسید یا عوامل مکانیکی، رسوب می‌کند. در واقع دناتوراسیون مرحله اول انعقاد است.

دلیل قدرت دناتوره کنندگی اوره چیست ؟

• روش مستقیم: اوره با اتصال به گروه های پپتیدی به‌وسیله پیوند هیدروژنی یا الکترواستاتیک باعث ضعیف شدن پیوندهای هیدروژنی درون‌مولکولی و سبب دناتوراسیون پروتئین می‌شود.
• روش غیرمستقیم: اوره بین مولکول‌های آبی که اطراف بخش‌هاغی آبگریز هستند قرار می‌گیرد و در شبکه پیوندی تغییر ایجاد می‌کند. این کار منجر به انحلال‌پذیری بیشتر، تضعیف اثرات آبگریزی و در نهایت دناتوراسیون پروتئین می‌شود.