денатурация что это такое простыми словами в медицине
ДЕНАТУРАЦИЯ
ДЕНАТУРАЦИЯ — существенные изменения природных свойств вещества под влиянием химических или физических воздействий. Термин «денатурация» применяется обычно к белкам (см.). Нарушение нативной уникальной структуры под влиянием повышения температуры, высокого гидростатического давления, ультразвука, ионизирующих излучений, резких сдвигов pH, добавления некоторых химических веществ, разрывающих нековалентные связи (напр., мочевины, солей гуанидина, трифторуксусной или трихлоруксусной к-т), называется общим термином «денатурация белков». Молекуле нативного белка свойственна внутренняя упорядоченность, поддерживаемая системой нековалентных связей между многочисленными структурными элементами. При Денатурации такая упорядоченность нарушается. Ковалентные (химические) связи в молекуле белка при Денатурации не затрагиваются, и первичная структура белка сохраняется. Структуры высоких порядков — вторичная или третичная — нарушаются полностью или в значительной степени. Изменение нативного состояния молекул, аналогичное Денатурации белков, известно также и для нуклеиновых кислот (см.).
Биологически активные белки — ферменты, антитела и др.— при Д. инактивируются. Причиной этого является то, что в процессе Д. нарушаются активные центры — точно организованные участки белковых молекул, непосредственно ответственные за соответствующую биол, функцию. Физ.-хим. изменения, сопровождающие Д., также связаны с нарушением упорядоченной структуры белка. Так, при Д. нарушаются (в различной степени) спирализованные участки полипептидной цепи, что фиксируется соответствующими спектрополяриметрическими сдвигами. Переход полипептидной цепи белка из плотно упакованного в беспорядочное и подвижное состояние вызывает изменение вязкости и других гидродинамических свойств их р-ров. В состоянии Д., когда полипептидная цепь становится более подвижной, общая реактивность хим. групп увеличивается. Нетитрующиеся (т. е. не вступающие в реакцию) сульфгидрильные (SH-) и некоторые другие группы, присутствующие во многих нативных белках, обычно титруются после Д. Взаимодействие белков с нек-рыми красителями резко усиливается в результате Д. Из-за повышения доступности и увеличения реактивности различных хим. групп при Д. очень сильно возрастает степень взаимодействия между отдельными белковыми молекулами. В денатурированном состоянии белки легко агрегируют, т. е. денатурированные белки легко осаждаются, свертываются или же латинизируются. Для сохранения белка в растворенном состоянии после Д. приходится применять солюбилизирующие вещества — детергенты (см.), мочевину и др.
Д. белков обычно сопровождается значительным увеличением теплосодержания и энтропии (см. Термодинамика), хотя эти изменения зависят от условий среды. В простейших случаях система при Д., по-видимому, содержит всего две формы белка — нативную и полностью денатурированную. По мере Д. белок переходит из одной формы в другую без заметного образования каких-либо промежуточных форм и, следовательно, весь денатурационный переход белковой молекулы протекает как единый скачок. В других случаях кинетика денатурации указывает на образование в ходе реакции нескольких относительно стабильных не нативных форм белка, что соответствует более сложной схеме перехода. Но если при Д. молекула белка претерпевает несколько конформационных превращений, то каждое из них является кооперативным, т. е. включает большое число взаимозависимых реакций, заключающихся в образовании и разрыве нековалентных связей.
В прошлом Д. рассматривали как необратимый процесс, как переход белка в состояние, имеющее минимальный уровень свободной энергии. Теперь хорошо известно, что Д. обратима. Фактически наступающая необратимость создается, как оказалось, сопутствующими реакциями — агрегацией белка, окислением SH-групп с образованием новых дисульфидных (S—S) связей и пр. Если эти реакции в достаточной мере исключены, то тенденция к возвращению белка в нативное состояние (ренатурация) проявляет себя сразу же по прекращении действия денатурирующего агента.
Если Д. по существу представляет собой физ. переход упорядоченность — беспорядок, то в ренатурации ярко проявляется биол, особенность белков — способность к самоорганизации, путь к-рой определен строением полипептидной цепи, т. е. наследственной информацией. В условиях живой клетки данная информация, вероятно, является решающей для преобразования беспорядочной полипептидной цепи во время или после ее биосинтеза на рибосоме в нативную молекулу белка.
Библиография: Белицер В. А. Макроструктура и денатурационные превращения белков, Укр. биохим, журн., т. 24, в. 2, с. 290, 1962, библиогр.;
Птицын О. Б. Физические принципы самоорганизации белковых цепей, Усп. совр, биол., т. 69, в. 1, с. 26, 1970, библиогр.; Anfinsen С. В. The formation and stabilization of protein structure, Biochem. J., v. 128, p. 737, 1972, bibliogr.; Anfinsen G. B. a. Scheraga H. A. Experimental and theoretical aspects of protein folding, Advanc. Protein Chem., v. 29, p. 205, 1975, bibliogr.; Morawetz H. Rate of conformational transitions in biological macromolecules and their analogs, ibid., v. 26, p. 243, 1972, bibliogr.
Денатурация
Смотреть что такое «Денатурация» в других словарях:
Денатурация — Денатурация лишение естественных свойств Денатурация биополимеров изменение структуры их молекул, приводящее к потере их естественных свойств: Денатурация белков Денатурация нуклеиновых кислот Денатурация продуктов изменение… … Википедия
денатурация — и, ж. dénaturation f. 1. Изменение природной структуры молекулы белка, нуклеиновой кислоты и других биополимеров при воздействии физических и химических свойств среды (температуры, давления и т. п.). БАС 2. Белки природных продуктов называют… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ДЕНАТУРАЦИЯ — (от де. и лат. natura природные свойства) любые изменения природной (нативной) структуры молекулы белка, нуклеиновой кислоты и других биополимеров, не сопровождающиеся разрывом прочных ковалентных химических связей. Денатурация ведет к… … Большой Энциклопедический словарь
ДЕНАТУРАЦИЯ — [дэ], денатурации, мн. нет, жен. (спец.). Действие по гл. денатурировать. Денатурация спирта. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ДЕНАТУРАЦИЯ — (от лат. De приставка, означающая удаление, утрату, и nаtura природные свойства), утрата природной (нативной) конфигурации молекулами белков, нуклеиновых к т и др. биополимеров в результате нагревания, химич. обработки и т. п. Обусловлена… … Биологический энциклопедический словарь
денатурация — изменение природной структуры молекулы белка, нуклеиновой кислоты и других биополимеров, не сопровождающееся разрывом прочных ковалентных хим. связей. Д. ведет к изменению свойств биополимера, может быть полной и частичной, обратимой и… … Словарь микробиологии
денатурация — и, мн. нет, ж. ( … Словарь иностранных слов русского языка
денатурация — сущ., кол во синонимов: 1 • денатурирование (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
денатурация — Процесс нарушения нативной конформации биологических макромолекул в результате разрыва нековалентных связей, индуцируемый химическими веществами, нагреванием, охлаждением и т.п. и сопровождающийся потерей биологической активности; Д. может быть… … Справочник технического переводчика
Денатурация — * дэнатурацыя * * denaturation изменение или даже утрата белками (и нуклеиновыми кислотами) их естественных свойств при перемене физических и химических условий среды (температуры, давления и др.): понижение растворимости, повышение вязкости их… … Генетика. Энциклопедический словарь
денатурация — ДЕНАТУРАЦИЯ, ДЕНАТУРИРОВАТЬСЯ см. Денатурировать. * * * денатурация (от де. и лат. natura природные свойства), любые изменения природной (нативной) структуры молекулы белка, нуклеиновой кислоты и других биополимеров, не сопровождающиеся… … Энциклопедический словарь
Основная причина смерти при COVID-19 — острый респираторный дистресс-синдром. Объясняем, что это такое и почему он так опасен
Что такое острый респираторный дистресс-синдром — ОРДС?
Во многих случаях новая коронавирусная инфекция не вызывает симптомов или вызывает лишь незначительные. Когда заболевание проявляется серьезнее, у человека развивается пневмония, то есть воспаление легких. Это может привести к состоянию под названием «острый респираторный дистресс-синдром» (ОРДС). Если коротко, при ОРДС легкие повреждены из-за воспаления, они вмещают меньше воздуха, альвеолы схлопываются и кислород не может в нужном объеме попадать в кровь. В результате у человека появляется сильная одышка и до органов доходит меньше кислорода, чем нужно. ОРДС — основная причина смерти при новой коронавирусной инфекции.
Еще о кислороде в крови
По имеющимся данным, если у человека с COVID-19 развивается ОРДС, то обычно это происходит так: на шестой-седьмой день после появления симптомов возникает одышка, а на второй-третий день после этого — острый респираторный дистресс-синдром. Это происходит, по разным данным, в 3–17% случаев.
Риск, что пневмония закончится ОРДС, выше, если заболевший — человек старшего возраста, если он злоупотребляет алкоголем, курил раньше или курит сейчас, проходит химиотерапию или у него ожирение.
Правда, ОРДС возникает не только из-за пневмонии (хотя это основная причина), но и из-за других повреждений легких вплоть до тупой травмы груди. Такого рода состояние врачи стали замечать еще во времена Первой мировой войны, название у него появилось в 1967 году, а определение — только в 1994-м.
Главное, что человек чувствует при ОРДС, — одышка. Он не может договорить предложение без вдоха, ему не хватает воздуха. Но одышка часто бывает и при менее серьезных состояниях, которые, правда, могут постепенно достигнуть тяжести, которая будет определяться как ОРДС. Поставить точный диагноз помогает компьютерная томография (она в этом плане гораздо лучше обычной рентгенографии и тем более флюорографии) и оценка других показателей, касающихся работы легких.
Почему этот синдром особенно часто встречается при COVID-19
Новый коронавирус умеет попадать в клетки дыхательных путей, альвеол, сосудов, сердца, почек и желудочно-кишечного тракта. Хотя легкие все же страдают больше всего. Пораженные клетки производят множество копий коронавируса и в итоге погибают. Все это запускает и поддерживает воспалительный ответ иммунной системы.
В норме сама иммунная система со временем подавляет это воспаление, и человек выздоравливает. Но при инфицировании коронавирусом чаще, чем во многих других случаях, бывает, что тормозящие механизмы иммунной системы не срабатывают как надо. В худшем варианте развития событий это приводит к состоянию под названием «цитокиновый шторм». Тогда захватывается весь организм, и могут поражаться даже почки и сердце. И, конечно, кроме прочего, развивается ОРДС. Другими словами, в масштабных повреждениях может принимать участие уже не вирус, который запустил агрессивный ответ, а непосредственно иммунная система человека, которая вышла из-под контроля.
Справиться с ОРДС очень непросто
При ОРДС по-хорошему нужно решить две задачи: добиться того, чтобы уровень насыщения крови кислородом был достаточным и чтобы иммунная система перестала уничтожать легкие. Первая проблема изучена лучше второй, и решения там, можно сказать, есть.
Насыщение крови кислородом
Если стандартная версия ИВЛ не помогает, человека могут положить на живот, продолжая вентиляцию легких (это предлагает и Всемирная организация здравоохранения). Так, судя по всему, перераспределяется кровоток в легких, и кровь протекает по тем участкам, в которых кислород может в нее попасть.
При тяжелом ОРДС еще используют препараты для нейромышечной блокады и — редко — оксид азота. Хотя польза от этих препаратов вызывает споры. Российский Минздрав предлагает в этих случаях также использовать смесь гелия и кислорода, но в зарубежных рекомендациях ничего подобного нет, и оснований для применения такой тактики, судя по всему, тоже.
В крайнем случае можно использовать экстракорпоральную мембранную оксигенацию (ЭКМО), то есть пропускать кровь пациента через аппарат, который обогащает ее кислородом, забирает углекислый газ и возвращает ее человеку. Но такие аппараты редки и требуют большого количества специально обученного персонала. Кроме того, эффективность ЭКМО при новой коронавирусной инфекции под сомнением, хотя Всемирная организация здравоохранения предлагает рассмотреть такой вариант.
Налаживание работы иммунной системы
Что касается работы иммунной системы, сейчас есть средства, которые, предположительно, могут сработать точечно и повлиять на нужные механизмы. Но, как обычно бывает в случае COVID-19, достаточно хороших исследований еще нет. При похожих состояниях — когда иммунная система ведет себя агрессивно — иногда назначаются некоторые моноклональные антитела (например, тоцилизумаб). Они могут снижать уровень веществ, участвующих в процессе воспаления. Есть небольшие работы, которые показывают эффективность тоцилизумаба, но пока нет по-настоящему надежных исследований, которые бы показывали эффективность этого подхода при новой коронавирусной инфекции. По всей видимости, если он и работает, то в тяжелых случаях, но при этом до развития ОРДС.
Более грубое вмешательство может привести к распространению вируса. Поэтому, например, глюкокортикоиды, которые подавляют работу иммунной системы, рекомендуют использовать только в крайних случаях, и то не все организации.
С этим синдромом есть еще одна проблема, которая делает новый коронавирус особенно опасным
Даже если человек пережил ОРДС, это не значит, что он станет прежним и в психическом, и в физическом смысле. Примерно у 40% бывших пациентов в той или иной степени нарушается мышление. Возможно, это связано с тем, что какое-то время мозг получал недостаточно кислорода. У таких людей чаще бывают депрессия, тревога и посттравматическое стрессовое расстройство. Части из них сложнее выдерживать прежние физические нагрузки, а легкие обычно работают хуже, чем раньше.
Денатурация: особенности процесса, влияющие факторы, механизмы и последствия
Что такое белки?
Человеческий организм нуждается в различных типах молекул, и наиболее важными являются молекулы белков, которые содержат азот и состоят из аминокислот. Молекулы белка образуют основной строительный блок мышц и других тканей в организме человека. Их название указывает на то, что они имеют решающее значение для здоровья человека. Слово «белок» происходит от греческого «протеос», что означает «первый» или «первом месте». Каждый белок имеет свое место действия и задачи, которые он выполняет. Функции белка можно разделить на 9 основных:
Молекулы белка имеют разные размеры, в зависимости от количества аминокислот. Малые молекулы включают, например, инсулин из 51 аминокислоты, в то время как очень большие молекулы включают титан из почти 27 000 аминокислот.Однако размер молекул не имеет значения, для правильного функционирования они должны быть в подходящей форме. Каждый тип белка имеет уникальную форму, которая определяет роль белка в организме. Попробуйте представить белки как ключи, которые принадлежат только определенным дверям в человеческом организме.
Человеческий метаболизм расщепляет белки на более простые частицы – аминокислоты. 20 аминокислот необходимы для роста мышц и обмена веществ, 11 из которых не являются необходимыми. Это означает, что наш организм может создавать их сам, и их не нужно употреблять в пищу. Остальные аминокислоты помечены как незаменимые, и организм человека получает их из пищи и пищевых добавок. Мышечная ткань не может расти или регенерировать без них.
Что такое денатурация белка?
Денатурация – это процесс, при котором структура белковой молекулы нарушается, тем самым теряя свою функцию. Различия в форме белка могут быть вызвать:
Денатурация меняет форму белка, но последовательность аминокислот остается прежней. Цель протеина в форме пищевой добавки состоит в том, чтобы восполнить достаточное количество белка, и чтобы пищеварительная система могла разрушиться, тем самым снабжая мышечную ткань. Эта функция не теряется при термообработке белков.
Хорошим примером также является белок пепсин, который действует как фермент и расщепляет белки в желудке. Он работает только при низком pH, теряет свою функцию в среде с высоким pH и денатурирует. По этой причине pH желудка поддерживается на очень низком уровне, чтобы обеспечить правильное функционирование пепсина.
Тепло используется для разрыва водородных связей и неполярных гидрофобных взаимодействий в молекуле белка. Более высокая температура увеличивает кинетическую энергию и заставит молекулы вибрировать очень быстро, пока связи между ними не будут разрушены. Молекула белка разворачивается из своей трехмерной структуры, обеспечивая лучший доступ пищеварительного фермента к белковым связям.
Вот почему мы готовим продукты, чтобы изменить структуру белка и облегчить его переваривание. Например, этот процесс происходит, когда вы готовите яйца. В это время белок из яиц денатурируется и во время варки. После употребления вареных яиц переваривание и усвоение содержащихся в них питательных веществ происходит быстрее. Вы можете быть удивлены тем, что такой же процесс происходит при стерилизации медицинских инструментов. Тепло денатурирует белки в бактериях, которые затем уничтожают бактерии и дезинфицируют объекты.
Особенности процесса
Он сопровождается разворачиванием полипептидной связи, которая в растворе изначально представлена в виде беспорядочного клубка.
Процесс денатурации белка сопровождается утрачиванием гидратной оболочки, выпадением белка в осадок, утрачиванием им нативных свойств.
Среди основных факторов, которые провоцируют процесс денатурации, выделим физические параметры: давление, температуру, механическое действие, ионизирующее и ультразвуковое излучение.
Денатурация белка происходит под воздействием органических растворителей, минеральных кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, алкалоидов.
Свойства денатурированных белков, виды денатурации
При денатурации утрачивается гидратная оболочка и белок выпадает в осадок и при этом утрачивает нативные свойства.
Денатурацию вызывают физические факторы: температура, давление, механические воздействия, ультразвуковые и ионизирующие излучения; химические факторы: кислоты, щелочи, органические растворители, алкалоиды, соли тяжелых металлов.
Различают 2 вида денатурации:
Свойства денатурированных белков:
Ферментные методы гидролиза основаны на избирательности действия протеолитических ферментов расщепляющих пептидные связи между определенными аминокислотами.
Пепсин расщепляет связи, образованные остатками фенилаланина, тирозина и глутаминовой кислоты.
Трипсин расщепляет связи между аргинином и лизином.
Химотрипсин гидролизует связи триптофана, тирозина и фенилаланина.
Гидрофобные взаимодействия, а также ионные и водородные связи относятся к числу слабых, тк энергия их лишь ненамного превосходит энергию теплового движения атомов при комнатной температуре(т е уже при данной температуре возможен разрыв связей ).
Поддержание характерной для белка конформации возможно благодаря возникновению множества слабых связей между различными участками полипептидной цепи.
Факторы, вызывающие денатурацию белков
Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на физические и химические.
Воздействие факторами денатурации применяют для стерилизации оборудования и инструментов, а также как антисептики.
Что происходит в процессе денатурации белков
Тринити из «Матрицы» — веган
В процессе денатурации белка имеет место разрыв химических связей (дисульфидных, водородных, ван-дер-ваальсовых, электростатических и др.), которые стабилизируют высшие уровни организации белковой молекулы, что обуславливает изменение пространственной структуры белка. Следует отметить, то в большинстве случаев первичная структура белка в процессе денатурации не нарушается, поэтому после раскрутки цепи полипептидов (стадия нити), протеин может снова стихийно скручиваться, при этом образуя «случайный клубок», то есть переходит к хаотическому состоянию, отличного от нативной конформации.
Процесс денатруации белков происходит при температуре выше, чем 56 °С.
Типичными признаками необратимой денатурации белков является снижение гидрофильности и растворимости белков, увеличение оптической активности, изменение изоэлектрической точки, уменьшение устойчивости белковых растворов и молекулярной массы и изменение формы белковых молекул, увеличение вязкости и усиление способности к расщеплению ферментами, переход молекулы в хаотическое состояние, при котором наблюдается агрегация частиц белка и выпадение их в осадок.
Схема денатурации белка: а — нативная молекула; б — развертывание полипептидной цепи; в — стадия нити; г — случайный клубок
При непродолжительном действии денатурирующего агента (например, органического растворителя) возможно восстановление нативной структуры белка. Этот процесс называется ренатурацией. При ренатурации происходит восстанавлениене только структуры, но и биологических функций белка. С денатурацией связаны процессы переработки продуктов питания, изготовления одежды, обуви, консервирования и сушки овощей и фруктов. Результатом необратимой денатурацией протеинов является потеря способности к прорастанию семян при длительном хранении, особенно при неблагоприятных условиях. Процесс денатурации белков широко применяется в медицине, ветеринарии, фармации, клинике и биохимических исследованиях с целью осаждения протеина в биологическом материале с целью дальнейшей идентификации в нем низкомолекулярных и небелковых субстанций, с целью как установления наличия протеина, так и его количественного определения, для обеззараживания слизистых покровов и кожи, для конъюгации солей тяжелых металлов при терапии отравлений солями свинца, ртути, меди и т.п. или с целью профилактики подобных токсикозов на предприятии.
Процесс денатурации белков происходит также при приеме фармакологических препаратов танальбина и танина, на чем базируются их противовоспалительное и вяжущее действие. Вяжущие свойства танина базируются на его способности осаждать протеины с синтезом плотных альбуминатов, защищающих от раздражения тканей, в частности чувствительные нервные окончания. При этом уменьшается проявление воспалительной реакции, а также снижаются болевые ощущения и происходит непосредственное уплотнение мембран клеток. Препарат танальбин представляет собой продукт взаимодействия белка казеина с танином — в отличие от танина, данный препарат не оказывает вяжущего действия на слизистую оболочку желудка и ротовой полости. Только после попадания в кишечник он поддается процессу расщепления, выделяя при этом свободный танин. Применяется в медицине и ветеринарии как вяжущее лекарственное средство при хронических и острых болезнях кишечника, в частности у детей.
В практике фармацевтики использование процессов денатурации белка дает возможность контролировать качество протеиновых препаратов, например, в ампулах.
Последствия
После денатурации происходит переход нативной компактной структуры в рыхлую развернутую форму, упрощается проникновение к пептидным связям ферментов, необходимых для разрушения.
Конформация белковых молекул определяется возникновением достаточного количества связей между разными участками определенной полипептидной цепочки.
Белки, состоящие из достаточного количества атомов, которые находятся в непрерывном хаотичном движении, способствует определенным перемещениям частей полипептидной цепи, что вызывает нарушение общей структуры белков, снижение его физиологических функций.
Белки имеют конформационную лабильность, то есть предрасположенность к незначительным изменениям конформации, происходящим в результате обрыва одних и образования других связей.
Денатурация белка приводит к изменениям его химических свойств, способности вступать во взаимодействие с другими веществами. Наблюдается изменение пространственной структуры и участка, непосредственно контактирующего с иной молекулой, и всей конформацией в целом. Наблюдаемые конформационные изменения имеют значение для функционирования белков в живой клетке.
Механизмы денатурации
Практически любое заметное изменение внешних условий, например, нагревание или обработка белка щелочью приводит к последовательному нарушению четвертичной, третичной и вторичной структур белка. Обычно денатурация вызывается повышением температуры, действием сильных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов, некоторых растворителей (спирт), радиации и др.
Денатурация часто приводит к тому, что в коллоидном растворе белковых молекул происходит процесс агрегации частиц белка в более крупные. Визуально это выглядит, например, как образование «белка» при жарке яиц.