La dénaturation signifie rendre une substance inefficace dans un but quelconque sans modifier sa composition chimique. Le terme a un certain nombre de significations plus spécifiques, mais il est le plus souvent utilisé en relation avec des protéines et des acides nucléiques. Ceux-ci sont constitués de molécules en forme de chaîne qui peuvent se replier de diverses manières pour former des formes tridimensionnelles complexes. Les maillons des chaînes sont maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes, mais les plis résultent d’une variété de types de liaisons qui sont généralement plus faibles et qui peuvent être rompues par la chaleur et par divers agents chimiques. Les molécules auraient été dénaturées lorsque certaines ou toutes ces liaisons ont été rompues, leur faisant perdre leur forme, mais laissant les chaînes intactes et la composition chimique inchangée.
Structure des protéines et des acides nucléiques
Les protéines sont constituées d’acides aminés et sont organisées à plusieurs niveaux structurels différents. La structure primaire est simplement la séquence de blocs de construction d’acides aminés qui définit la protéine. Ces blocs de construction sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes appelées liaisons peptidiques. Les structures secondaires, tertiaires et quaternaires décrivent les arrangements tridimensionnels des sous-unités protéiques, des protéines entières et des complexes protéiques. Ces structures résultent de chaînes de blocs de construction d’acides aminés se repliant sur elles-mêmes, en raison de la formation de divers types de liaisons relativement faibles entre les unités à différentes parties de la chaîne.
La structure secondaire résulte d’une liaison hydrogène entre un atome d’hydrogène dans une unité d’acide aminé et un atome d’oxygène d’une autre. Cela peut produire une formation enroulée ou en feuille, ou une combinaison des deux. La structure tertiaire résulte de la formation de liaisons entre ces bobines et ces feuilles, donnant une unité protéique tridimensionnelle. La structure quaternaire est formée par la liaison de deux ou plusieurs de ces unités.
Les structures tertiaires et quaternaires sont maintenues ensemble par une variété de types de liaisons, y compris des liaisons hydrogène. Des liaisons disulfure covalentes entre les atomes de soufre dans deux unités d’acides aminés peuvent également se former. Les ponts salins se forment lorsque des parties de molécules de charges opposées s’attirent les unes les autres de la même manière que les liaisons ioniques que l’on trouve dans les sels.
La dénaturation n’affecte généralement pas la structure primaire, mais elle provoque une dégradation des arrangements tridimensionnels complexes des protéines. La plupart des fonctions protéiques résultent de traits chimiques résultant des arrangements tridimensionnels des chaînes d’acides aminés, de sorte que la dégradation de telles structures entraîne généralement une perte de la fonction protéique. Les enzymes sont une classe importante de protéines où les formes des molécules sont cruciales pour leurs fonctions.
Les acides nucléiques, tels que l’ADN et l’ARN, ont deux brins construits à partir d’unités appelées bases. Les brins sont liés ensemble en une forme de double hélice par des liaisons hydrogène entre les bases sur les côtés opposés. Lors de la dénaturation, les brins sont séparés par la rupture de ces liaisons.
Causes de dénaturation
Un certain nombre de facteurs peuvent provoquer la dénaturation des protéines et des acides nucléiques. Le chauffage fait vibrer les molécules plus vigoureusement, ce qui peut entraîner la rupture des liaisons, en particulier les plus faibles. De nombreuses protéines seront dénaturées si elles sont chauffées à des températures supérieures à 105.8 °F (41 °C), en raison de la rupture des liaisons hydrogène. Un exemple familier est le changement qui se produit dans le blanc d’œuf lorsqu’il est chauffé : la protéine albumine est dénaturée et passe d’un gel transparent à un solide blanc. Les protéines sont également dénaturées lors de la cuisson des aliments, un processus qui tue les micro-organismes nocifs.
La dénaturation peut également être causée par divers agents chimiques. Les acides et bases forts, en raison de leur nature ionique, interagissent avec les ponts salins qui aident à maintenir ensemble les structures tertiaires des protéines. Les parties chargées positivement et négativement de ces composés sont attirées par les parties chargées de manière opposée d’un pont protéique sel, brisant le lien entre les différentes parties de la chaîne protéique. Les sels de certains métaux peuvent également avoir cet effet.
Les liaisons disulfure covalentes peuvent également être rompues, entraînant une dénaturation. Les composés de certains métaux lourds, tels que le plomb, le mercure et le cadmium, peuvent le faire, car ils se lient facilement au soufre. La liaison soufre-soufre peut également être rompue lorsque chaque atome de soufre se lie à un atome d’hydrogène. Certains agents réducteurs produiront cet effet.
Divers solvants organiques peuvent également avoir un effet dénaturant en rompant les liaisons hydrogène entre les acides aminés qui maintiennent la structure tertiaire. Un exemple est l’éthanol, communément appelé alcool. Il forme ses propres liaisons hydrogène avec des parties de molécules de protéines, remplaçant celles d’origine.
Alcool dénaturé
Le terme dénaturation est parfois utilisé pour désigner le processus consistant à rendre les aliments ou les boissons non comestibles mais toujours utiles pour certaines fonctions autres que la consommation. L’exemple le plus courant est l’alcool dénaturé, également appelé alcool à brûler. Le produit est souvent utilisé comme solvant ou carburant, et les taxes imposées sur l’alcool à boire peuvent être évitées lorsqu’il est utilisé à d’autres fins s’il est rendu imbuvable. L’alcool lui-même n’est pas chimiquement modifié, mais des additifs, généralement du méthanol, le rendent toxique.