Desnaturalizacion de proteínas

Los procesos biológicos que realiza el cuerpo humano, son todos de mucha importancia ya que cada uno es insustituible y cumple con su función específica para que el organismo funcione a la perfección, tal cual para lo que fue creado fue creado. En base a esto, hoy hablaremos de la desnaturalización de las proteínas.

¿Qué es la desnaturalización de las proteínas?

No es más que el proceso mediante el cual una proteína pierde su estructura original lo que hace que muchas de sus propiedades físicas, cambien.

Las proteínas se pueden desnaturalizar por el calor, cambios en el pH del medio, temperatura, presencia de sustancias químicas (jabones, detergentes, entre otros). Es conveniente acotar que  la desnaturalización de una proteína no afecta a la llamada estructura primaria

La desnaturalización en el caso del ADN, viene a ser la separación d sus dos hebras, es decir que la desnaturalización de ácidos nucleicos expuestos a altas temperaturas, produce una separación de la doble hélice, esto sucede debido a que los enlaces o puentes de hidrogeno se rompen.

desnaturalización de las proteínas

Las proteínas son una cadena de aminoácidos cuya secuencia es específica. Su formación ocurre en los ribosomas por lectura de los genes que llevan la información de la secuencia concreta de aminoácidos que da lugar a una proteína determinada.

La cadena de aminoácidos agrega otros átomos o moléculas como cobre, zinc, hierro, entre muchos otros, para dar lugar a la formación de la proteína final, la cual comienza a plegarse sobre sí misma, adoptando la “conformación espacial” necesaria para poder realizar correctamente su función biológica.

desnaturalización de las proteínas pdf

Cada proteína adopta una estructura específica en el espacio, que es fundamental para el desarrollo de su función biológica. A esta estructura tridimensional se le conoce como “conformación espacial” y se caracteriza por un plegamiento determinado de su estructura.

La desnaturalización de las proteínas sucede cuando por cualquier factor se pierde esta conformación espacial específica. Este proceso puede ocurrir durante la reacción en la cadena de la polimerasa, donde las cadenas del ácido nucleico vuelven a unirse, luego de que las condiciones normales se restauran, aún cuando las condiciones se restauren rápidamente, las cadenas pueden no alinearse correctamente.

desnaturalización de las proteínas de los alimentos por el calor

Existen casos excepcionalmente extraños, en los que una proteína desnaturalizada no pierde su función biológica.

Factores que ocasionan la desnaturalización de las proteínas

Existen varios factores que pueden influir en la desnaturalización de las proteínas, a estos factores se les conoce como agentes desnaturalizantes, dentro de los cuales podemos conseguir agentes físicos (calor) y agentes químicos (detergentes, disolventes orgánicos, fuerza iónica, pH, detergentes), los cuales describiremos a continuación:

Temperatura (calor excesivo): La temperatura elevada, hace que aumente la energía cinética de las moléculas y tiende a desorganizarse la envoltura acuosa de las proteínas lo que hace que se desnaturalicen. De igual forma, un aumento en la temperatura, destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la proteína, donde el interior hidrófobo interacciona con el medio acuoso lo que produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada.

La desnaturalización de proteínas es un proceso bioquímico donde ocurre un cambio estructural o ácidos nucleicos  que conlleva a la perdida de la estructura nativa de las moléculas de estas sustancias. Dicho cambio estructural, acarrea también un cambio en el funcionamiento óptimo de las proteínas, pudiendo llegar a la pérdida total de su función biológica.

Polaridad del disolvente: Los disolventes orgánicos interactúan con el interior hidrófobo de las proteínas, desorganizando la estructura terciaria, lo que provoca su desnaturalización y precipitación. Puesto que la polaridad del disolvente disminuye cuando se le añaden sustancias que son menos polares que el agua como la acetona o el etanol; en este proceso disminuye el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la molécula, lo cual provoca la agregación y precipitación.

El pH: Sabemos que los iones H+ y OH- del agua actúan con efectos parecidos, pero a parte de afectar la envoltura acuosa de las proteínas, también afecta a la carga eléctrica de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos. Tal alteración de la carga superficial de las proteínas, elimina las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura terciaria, lo que general provoca su precipitación. La solubilidad de una proteína es muy mínima en su punto isoeléctrico, puesto que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsión electrostática, lo que puede dificultar la formación de los agregados.

La fuerza iónica: El aumento de la fuerza iónica del medio (por adición de urea, cloruro de guanidinio o sulfato de amonio), a su vez provoca disminución en el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la proteína, pues estos solutos en primer lugar compiten por el agua y segundo rompen los puentes de hidrogeno o las interacciones electrostáticas, de manera tal que las moléculas proteicas se agregan y precipitan.

En algunos casos, la precipitación que provoca el aumento de la fuerza iónica es reversible, ya que a través de una simpe diálisis se puede eliminar el exceso de soluto y recuperar la estructura y su función original. En algunas oportunidades es una disminución en la fuerza iónica, la que provoca la precipitación. Así pues, las proteínas que se disuelven en medios salinos, pueden desnaturalizarse al dializarlas en agua destilada y se renaturalizan cuando se restaura su fuerza iónica original.

Ejemplos de desnaturalización de proteínas

Para explicar de forma sencilla el proceso de desnaturalización de proteínas, tomaremos el clásico ejemplo de la cocción del huevo. Como todos sabemos, la clara de huevo está  compuesta en buena parte por agua y albuminas (un tipo de proteínas); cuando aumenta la temperatura, las proteínas de la clara de huevo se desnaturalizan (es irreversible), pierden la solubilidad por las altas temperaturas con las que se cocina y la clara de huevo ya no es líquida, ni transparente, puesto que cambia de color y se torna opaca, blanca y sólida; la misma desnaturalización se puede producir por una desnaturalización química, al colocarla en un recipiente con acetona.

desnaturalización de las proteínas del huevo

También podemos mencionar otro ejemplo con la desnaturalización de la caseína (proteína de la leche); cuando la leche se torna ácida de manera natural por la fermentación de bacterias, se dice que la leche se corta, pero esta misma desnaturalización de proteínas, se puede conseguir si colocas limón a algún otro ácido a la leche para modificar su pH.

desnaturalización de las proteínas por el calor o por ph extremos

Efectos que causa la desnaturalización de las proteínas

Cuando se produce la desnaturalización de las proteínas, pueden ocurrir varios cambios en ellas que obstaculiza el cumplimiento de su función biológica, dichos efectos pueden ser:

  • Cambios en la viscosidad.
  • Disminución de la solubilidad.
  • Perdidas de la propiedades biológicas.
  • Cambios en el aspecto (color, textura, sabor y olor).

 

Como ejemplo podemos utilizar la carne, puesto que al cocinarla, cambia de color y se torna más firme lo cual se debe a la desnaturalización de la elastina del tejido muscular y el colágeno.

En nuestro cuerpo también ocurren procesos de desnaturalización de proteínas, esto ocurre cuando el alimento va pasando por el tracto digestivo, lo cual puede ocurrir por acciones mecánicas, por acción de las diversas enzimas o por mezclas a nivel del estómago; también puede ocurrir por variación del pH y concentraciones. La desnaturalización de proteínas facilita el proceso de la digestión al hacer que los alimentos sean digeridos correctamente.

¿A que niveles afecta la desnaturalización de proteínas?

En la desnaturalización de la estructura cuaternaria, su posición espacial se corrompe o las subunidades de proteínas se separan.

En la desnaturalización de la estructura terciaria implica la interrupción de:

  • Los enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminoácidos (los disulfuros entre las cisteínas).
  • Los enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales polares de aminoácidos.
  • Los enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre cadenas laterales no polares de aminoácidos.

En cuanto a la desnaturalización de la estructura secundaria las proteínas pierden los patrones de repetición regulares (las hélices alfa) y adoptan formas aleatorias.

La estructura primaria, la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, no se interrumpe por la desnaturalización.

Como ejemplo podemos mencionar la preparación de ceviches o carnes en un ácido como la naranja. Se observa que su coloración se torna blanquecina (debido a la desnaturalización).

desnaturalización de las proteínas por el calor o por ph extremos

Pérdida de función en el proceso de desnaturalización de proteínas

Casi todas las proteínas pierden su función biológica cuando están desnaturalizadas, uno de los ejemplos que podemos acotar es el caso de las enzimas donde las mismas pierden su actividad catalítica, porque los sustratos no pueden unirse más al centro activo, y además porque los residuos del aminoácido implicado en la estabilización de los sustratos no están posicionados para hacerlo.

Por lo tanto si la forma de la proteína, se altera con algún factor externo (calor, aplicación de ácidos o álcalis), la proteína no es capaz de cumplir su función celular. Este proceso se conoce cómo desnaturalización irreversible.

Desnaturalización de proteínas reversibles e irreversibles

Para conocer cuál es la diferencia entre la desnaturalización de proteínas reversibles e irreversibles debes tomar en cuenta que cuando consumes un alimento, no lo haces por la función biológica que tenga dicha proteína a la que pertenece (ya sea animal o vegetal) sino que quieres aprovechar los aminoácidos que la componen para que tu organismo forme con ellos, las proteínas que el cuerpo necesita.

No olvides que tu cuerpo durante la digestión, no absorbe las proteínas tal como son, sino que las desnaturaliza a través de una hidrolisis enzimática, que la descompone en pequeños pépticos y en aminoácidos libres, para que las absorban las células epiteliales del intestino.

En tal sentido, la diferencia entre la desnaturalización de proteínas irreversible o reversible va a depender de que las proteínas puedan o  no restablecer su función biológica.

Como ya hemos explicado anteriormente, las proteínas se desnaturalizan debido a factores externos que le producen cambios en su estructura.

Ahora bien, también existe el caso de la desnaturalización reversible, que se produce cuando los agentes desnaturalizantes NO rompen los enlaces peptídicos de las proteínas y solo rompen los enlaces que le confieren su estructura globular, de allí que, este fenómeno de desnaturalización de proteínas, puede ser reversible para algunas de ellas y a este restablecimiento del estado de las proteínas se le conoce con el nombre de re-naturalización; para que este proceso ocurra, es necesario retirar correctamente los agentes desnaturalizantes para que la proteína se pliegue de nuevo correctamente.

Es decir que, la desnaturalización de proteínas puede ser reversible o irreversible, dependiendo del grado de los cambios estructurales que haya sufrido la proteína durante su proceso de desnaturalización.

Cuando la desnaturalización de proteínas es reversible, la proteína vuelve a su conformar espacial funcional, cuando el agente desnaturalizante desaparece del medio o deja de ejercer su efecto. En el caso que la desnaturalización de proteínas sea reversible, la reestructuración de la proteína a su estado espacial funcional puede ser lento, por lo que puede durar horas y hasta días para su restablecimiento.

desnaturalización de las proteínas por el calor

Uno de los ejemplos que podemos ofrecer en cuanto a la desnaturalización y re-naturalización de la ribonucleasa A, ya que dentro de ella ocurre la destrucción de los cuatro puentes disulfuro que le confieren su estructura, una vez que se elimina el agente desnaturalizante, los cuatros puentes se  vuelven a formar idénticamente, con la misma distribución original.

Por último podemos decir que aún cuando se utilicen proteínas con características  físicas o químicas, éstas se desnaturalizan por los efectos desnaturalizantes del medio ambiente, como pueden ser la aplicación de calor y cambios del pH,  de solubilidad, de luz, de presión, entre otros.

Asimismo, las proteínas desnaturalizadas, permiten observar aminoácidos que anteriormente se encontraban dentro de la molécula y que no absorbían  por estar bloqueados por los otros aminoácidos, pero una vez desnaturalizada la proteína, los aminoácidos liberados pueden salir y absorber.

Si estás culminado de leer este artículo, es porque la información suministrada ha sido de tu interés y ha despejado algunas dudas con respecto a la desnaturalización de proteínas, por lo que no dudes en compartirla, para que sean muchos más los que se beneficien con ella.

 

 

 

 

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