DENATURACJA
Ogólnie biorąc, mechanizm denaturacji związany jest ze zniesieniem oddziaływań czynników
strukturotwórczych, które odpowiedzialne są za stabilizację struktury przestrzennej cząsteczki białka.
Podczas denaturacji rozrywane mogą być wiązania wodorowe, jonowe, disulfidowe oraz niszczone
oddziaływania elektrostatyczne van der Waalsa. I tak:
 działanie podwyższonej t e m p e r a t u r y doprowadza do zerwania wiązań wodorowych oraz zniesienia oddziaływań van der Waalsa, co w konsekwencji skutkuje zniszczeniem struktur II-,
III- i IV-rzędowej białka,
 pod wpływem roztworu mocznika (6-8 mol/dm3) lub chlorku guanidyny (4 mol/dm3 ) i
innych związków chemicznych silnie polarnych zerwaniu ulegają wiązania wodorowe,
 j o n y m e t a l i c i ę ż k i c h (Hg2+, Pb2+, Cu2+, itp.) powodują zerwanie mostków
disiarczkowych, a ponadto częściowo wiązań jonowych, co w niektórych przypadkach może
prowadzić do wbudowania się tych jonów w cząsteczkę białka,
 na skutek działania kwasów lub zasad (wartość pH poniżej 3 lub powyżej 9) zerwaniu
ulegajÄ… wiÄ…zania jonowe i w pewnym stopniu wodorowe, co przede wszystkim skutkuje
zniszczeniem III-rzędowej struktury białka,
 promieniowanie ( nadfioletowe, rentgenowskie i radioaktywne) w skrajnych przypadkach może nawet prowadzić do rozrywania wiązań kowalencyjnych,
 innymi czynnikami mogącymi wywoływać denaturację białek są: intensywne mieszanie ,
w y t r z ą s a n i e l u b d z i a ł a n i e u l t r a d ź w i ę k a m i .
Oprócz wiązań peptydowych za strukturę białek lub peptydów odpowiedzialne są także inne typy
oddziaływań kowalencyjnych bądź niekowalencyjnych.
ÛÜ wiÄ…zania disiarczkowe (disulfidowe) - sÄ… drugim, ważnym wiÄ…zaniem kowalencyjnym spotykanym w
cząsteczkach peptydów, będących dla nich swoistym. Jest to efekt utleniania grup -SH reszt cysteiny
wchodzących w skład łańcucha polipeptydowego. Rozróżniamy wewnątrzłańcuchowe (a) wiązania
disulfidowe, które występują pomiędzy resztami cysteiny w obrębie tego samego łańcucha peptydowego,
oraz międzyłańcuchowe (b) wiązania disiarczkowe, łączące dwa oddzielne łańcuchy białkowe. Energia
wiązania wynosi około 210 kJ*mol-1.
ÛÜ wiÄ…zania wodorowe - sÄ… to oddziaÅ‚ywania miÄ™dzyczÄ…steczkowe lub wewnÄ…trzczÄ…steczkowe atomu wodoru
w grupie X-H (gdzie X jest atomem elektroujemnym, np.: O, N, S) z grupÄ… elektrodonorowÄ… Y, typu XH.....
Y. GrupÄ™ XH nazywamy protonodonorem, grupÄ™ Y, protonoakceptorem. Typowe wiÄ…zania wodorowe
występujące w białkach, to: OH.....O; OH.....N; NH.....O; NH.....N. Jest to oddziaływanie w dużej mierze
elektrostatyczne. Atom X, silnie elektroujemny, wywołuje polaryzację wiązania X-H, w skutek czego na
atomie wodoru pojawia siÄ™ czÄ…stkowy Å‚adunek dodatni. Elektroujemny atom Y charakteryzuje siÄ™
cząstkowym ładunkiem ujemnym, co prowadzi z kolei do coulombowsciego oddziaływania atomu wodoru z
atomem Y. W peptydach i białkach istnieje wiele elementów zdolnych do tworzenia wiązań wodorowych,
zarówno wewnątrzcząsteczkowych, odpowiedzialnych za wiele aspektów strukturalnych polipeptydów, jak
również międzycząsteczkowych, odpowiedzialnych za strukturę czwartorzędową, wiązanie substra enzymów, oddziaływanie z receptorami, hydratację itd. W tworzeniu wiązań wodorowych uczestniczą
zarówno grupy NH i CO wiązań peptydowych, jak też podstawniki protonodonorowe bądź akceptorowe
łańcuchów bocznych aminokwasów. Energia tych wiązań wynosi 12-29 kJ*mol-1.
X H Y
−  −
ÛÜ oddziaÅ‚ywania hydrofobowe - jest to oddziaÅ‚ywanie pomiÄ™dzy niepolarnymi resztami aminokwasów
alifatycznych, będące efektem sił dyspersyjnych (wiązań Van der Waalsa). Jest szczególnie istotne w
przypadku reszt waliny, leucyny i izoleucyny. Pomimo niewielkiej mocy biorą udział w stabilizacji
struktury wielu białek. Dodatkowo oddziaływania hydrofobowe są wzmacniane na skutek oddziaływań z
czÄ…steczkami wody. Wokół grup niepolarnych molekuÅ‚y wody tworzÄ… „grona”, zwiÄ…zane ze sobÄ…
wiązaniami wodorowymi. Zwiększa to lokalnie ich stopień uporządkowania i, co za tym idzie, zwiększa
energiÄ™ swobodnÄ… w otoczeniu reszt niepolarnych. Z drugiej strony wzajemna asocjacja reszt alifatycznych
zmniejsza przestrzeń hydrofobową dostępną dla cząsteczek wody. To z kolei minimalizuje ich
uporzÄ…dkowanie, co powoduje wzrost entropii i spadek energii swobodnej, w efekcie stabilizujÄ…c takie
ułożenie podstawników. Moc wiązania 4-8 kJ*mol-1.
ÛÜ wiÄ…zania jonowe - sÄ… efektem oddziaÅ‚ywaÅ„ elektrostatycznych zjonizowanych reszt aminowych i
karboksylanowych. Stwarzają one dodatkową możliwość stabilizacji struktury peptydu. Mogą mieć
charakter przyciągający (między grupami różnoimiennie naładowanymi) lub odpychający (między grupami
naładowanymi równoimiennie). Moc wiązania 160-460 kJ*mol-1.
ÛÜ oddziaÅ‚ywania typu - - w biaÅ‚kach wystÄ™pujÄ… aminokwasy aromatyczne (Phe, Tyr, Trp, His).
Oddziaływania elektronów  dwóch różnych reszt aminokwasowych stanowi słaby, aczkolwiek istotny,
element determinujący strukturę białka.
ÛÜ oddziaÅ‚ywania elektrostatyczne - pomiÄ™dzy grupami nie obdarzonymi caÅ‚kowitym Å‚adunkiem elektrycznym,
lecz posiadającymi ładunki cząstkowe będące efektem polaryzacji wiązań, dochodzi często do oddziaływań
coulombowskich, które, pomimo niewielkiej siły, grają pewną rolę w determinowaniu struktutów do białek.
Siły van der Waalsa są wynikiem wzajemnego oddziaływania elektronów i jąder w cząsteczkach,
są więc przykładem oddziaływań elektrostatycznych. Ogólnie biorąc energia wiązań powstałych na
bazie sił van der Waalsa jest bardzo mała, rzędu 4-8 kJ/mol. Mechanizm powstawania tych
oddziaływań może być różny. Rozróżnia się m.in. efekt dyspersyjny, efekt indukcyjny czy efekt
kierunkowy.
Efekt dyspersyjny (siły dyspersyjne) pojawia się jedynie wtedy, gdy cząsteczki znajdują się
bardzo blisko siebie, tak że prawie się stykają. W wyniku ruchu elektronów walencyjnych gęstość
ładunku ujemnego na zewnętrznej powłoce atomów ulega szybkim fluktuacjom wzbudzając podobną
fluktuację w powłoce walencyjnej sąsiednich atomów. Powstają szybkozmienne dipole, które
wzajemnie przyciągają się zwiększając, w miarę zbliżania się, wzajemną polaryzację elektronową.
Siły te występują przez bardzo krótki czas (rzędu 10-9 s) i są bardzo słabe (ok. 4 kJ/mol).
Efekt indukcyjny polega na oddziaływaniu indukowanych dipoli (jego znaczenie jest
niewielkie).
Efekt ki e runkowy zwiÄ…zany jest z asymetriÄ… elektrycznÄ… czÄ…steczek (dipole) powodujÄ…cÄ…
oddziaływanie orientacyjne i przyciąganie odpowiednio utrwalających się dipoli.
S i ł y van der Waalsa maleją odwrotnie proporcjonalnie z siódmą potęgą odległości (r7) i są
one bardzo małe w porównaniu do innych omówionych wiązań. Tym niemniej, sumując się wywołują
efekty o dużym znaczeniu dla stabilizacji niektórych struktur białka.
Do czynników strukturotwórczych, w e d ł u g a u t o r a , można też zaliczyć białka zwane
molekularnymi opiekunkami.