La desnaturalización significa hacer que una sustancia sea ineficaz para algún propósito sin cambiar su composición química. El término tiene varios significados más específicos, pero se usa más comúnmente en relación con proteínas y ácidos nucleicos. Estos consisten en moléculas en forma de cadena que se pueden plegar de varias maneras para formar formas tridimensionales complejas. Los eslabones de las cadenas se mantienen unidos por fuertes enlaces covalentes, pero los pliegues son el resultado de una variedad de tipos de enlaces que suelen ser más débiles y que pueden romperse con el calor y con diversos agentes químicos. Se dice que las moléculas se desnaturalizan cuando algunos o todos estos enlaces se han roto, haciendo que pierdan su forma, pero dejando las cadenas intactas y la composición química sin cambios.
Estructura de proteínas y ácidos nucleicos
Las proteínas están formadas por aminoácidos y están organizadas en varios niveles estructurales diferentes. La estructura primaria es simplemente la secuencia de bloques de construcción de aminoácidos que define la proteína. Estos bloques de construcción se mantienen unidos por enlaces covalentes conocidos como enlaces peptídicos. Las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria describen las disposiciones tridimensionales de subunidades de proteínas, proteínas completas y complejos de proteínas. Estas estructuras son el resultado de cadenas de bloques de construcción de aminoácidos que se pliegan sobre sí mismas, debido a la formación de varios tipos de enlaces relativamente débiles entre unidades en diferentes partes de la cadena.
La estructura secundaria resulta del enlace de hidrógeno entre un átomo de hidrógeno en una unidad de aminoácidos y un átomo de oxígeno en otra. Esto puede producir una formación en espiral o en forma de hoja, o una combinación de ambas. La estructura terciaria resulta de la formación de enlaces entre estas bobinas y láminas, dando una unidad de proteína tridimensional. La estructura cuaternaria está formada por la unión de dos o más de estas unidades.
Las estructuras terciarias y cuaternarias se mantienen unidas por una variedad de tipos de enlaces, incluidos los enlaces de hidrógeno. También se pueden formar enlaces disulfuro covalentes entre los átomos de azufre en dos unidades de aminoácidos. Los “puentes de sal” se forman cuando partes de moléculas con carga opuesta se atraen entre sí de manera similar a los enlaces iónicos que se encuentran en las sales.
La desnaturalización generalmente no afecta la estructura primaria, pero causa la degradación de las complejas disposiciones tridimensionales de las proteínas. La mayoría de las funciones de las proteínas resultan de rasgos químicos que surgen de las disposiciones tridimensionales de las cadenas de aminoácidos, por lo que la degradación de tales estructuras generalmente resulta en una pérdida de la función de las proteínas. Las enzimas son una clase importante de proteínas donde las formas de las moléculas son cruciales para sus funciones.
Los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN, tienen dos cadenas formadas por unidades conocidas como bases. Las hebras están unidas en forma de doble hélice mediante enlaces de hidrógeno entre bases en lados opuestos. Durante la desnaturalización, las hebras se separan al romper estos enlaces.
Causas de la desnaturalización
Varios factores pueden hacer que las proteínas y los ácidos nucleicos se desnaturalicen. El calentamiento hace que las moléculas vibren con más fuerza, lo que puede provocar la rotura de enlaces, especialmente los más débiles. Muchas proteínas se desnaturalizarán si se calientan a temperaturas superiores a 105.8 ° F (41 ° C), debido a la rotura de los enlaces de hidrógeno. Un ejemplo familiar es el cambio que se produce en la clara de huevo cuando se calienta: la proteína albúmina se desnaturaliza y pasa de un gel transparente a un sólido blanco. Las proteínas también se desnaturalizan cuando se cocinan los alimentos, un proceso que mata los microorganismos dañinos.
La desnaturalización también puede ser causada por varios agentes químicos. Los ácidos y bases fuertes, debido a su naturaleza iónica, interactúan con los puentes salinos que ayudan a mantener unidas las estructuras terciarias de las proteínas. Las partes con carga positiva y negativa de estos compuestos son atraídas por las partes con carga opuesta de un puente de sal de proteína, rompiendo el enlace entre las diferentes partes de la cadena de proteína. Las sales de algunos metales también pueden tener este efecto.
Los enlaces disulfuro covalentes también se pueden romper, lo que conduce a la desnaturalización. Los compuestos de algunos metales pesados, como el plomo, el mercurio y el cadmio, pueden hacer esto porque se unen fácilmente al azufre. El enlace azufre-azufre también se puede romper cuando cada átomo de azufre se une con un átomo de hidrógeno. Algunos agentes reductores producirán este efecto.
Varios disolventes orgánicos también pueden tener un efecto desnaturalizante al romper los enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos que mantienen la estructura terciaria. Un ejemplo es el etanol, comúnmente llamado alcohol. Forma enlaces de hidrógeno propios con partes de moléculas de proteínas, reemplazando a las originales.
Alcohol desnaturalizado
El término «desnaturalización» se usa a veces para referirse al proceso de convertir alimentos o bebidas en no comestibles, pero aún así es útil para alguna función aparte del consumo. El ejemplo más común de esto es el alcohol desnaturalizado, también conocido como alcoholes metilados. El producto se utiliza a menudo como disolvente o combustible, y los impuestos sobre el alcohol para beber pueden evitarse cuando se utiliza para otros fines si no se puede beber. El alcohol en sí no se altera químicamente, pero los aditivos, generalmente metanol, lo vuelven tóxico.