Μετουσίωση σημαίνει να καταστήσει μια ουσία αναποτελεσματική για κάποιο σκοπό χωρίς να αλλάξει η χημική της σύνθεση. Ο όρος έχει μια σειρά από πιο συγκεκριμένες έννοιες, αλλά χρησιμοποιείται πιο συχνά σε σχέση με πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Αυτά αποτελούνται από μόρια που μοιάζουν με αλυσίδα που μπορούν να διπλωθούν με διάφορους τρόπους για να σχηματίσουν περίπλοκα τρισδιάστατα σχήματα. Οι κρίκοι στις αλυσίδες συγκρατούνται μεταξύ τους με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά οι πτυχές προκύπτουν από μια ποικιλία τύπων δεσμών που είναι συνήθως πιο αδύναμοι και που μπορούν να σπάσουν από τη θερμότητα και από διάφορους χημικούς παράγοντες. Λέγεται ότι τα μόρια έχουν μετουσιωθεί όταν κάποιοι ή όλοι αυτοί οι δεσμοί έχουν σπάσει, με αποτέλεσμα να χάσουν το σχήμα τους, αφήνοντας όμως τις αλυσίδες ανέπαφες και τη χημική σύνθεση αμετάβλητη.
Δομή πρωτεΐνης και νουκλεϊκού οξέος
Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα και οργανώνονται σε πολλά διαφορετικά δομικά επίπεδα. Η πρωταρχική δομή είναι απλώς η αλληλουχία των δομικών στοιχείων αμινοξέων που ορίζει την πρωτεΐνη. Αυτά τα δομικά στοιχεία συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς γνωστούς ως πεπτιδικούς δεσμούς. Οι δευτερογενείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς δομές περιγράφουν τις τρισδιάστατες διατάξεις πρωτεϊνικών υπομονάδων, ολόκληρων πρωτεϊνών και συμπλεγμάτων πρωτεϊνών. Αυτές οι δομές προκύπτουν από αλυσίδες δομικών στοιχείων αμινοξέων που αναδιπλώνονται πάνω τους, λόγω του σχηματισμού διαφόρων τύπων σχετικά αδύναμων δεσμών μεταξύ των μονάδων σε διαφορετικά μέρη της αλυσίδας.
Η δευτερογενής δομή προκύπτει από δεσμούς υδρογόνου μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου σε μια μονάδα αμινοξέος και ενός ατόμου οξυγόνου από μια άλλη. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει έναν σχηματισμό τυλιγμένο ή σαν φύλλο, ή συνδυασμό και των δύο. Η τριτογενής δομή προκύπτει από τους δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ αυτών των πηνίων και των φύλλων, δίνοντας μια τρισδιάστατη μονάδα πρωτεΐνης. Η τεταρτοταγής δομή σχηματίζεται από τη σύνδεση δύο ή περισσότερων από αυτές τις μονάδες.
Οι τριτογενείς και τεταρτοταγείς δομές συγκρατούνται μεταξύ τους με μια ποικιλία τύπων δεσμών, συμπεριλαμβανομένων των δεσμών υδρογόνου. Μπορούν επίσης να σχηματιστούν ομοιοπολικοί δισουλφιδικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων θείου σε δύο μονάδες αμινοξέων. Οι «γέφυρες αλατιού» σχηματίζονται όταν τα αντίθετα φορτισμένα μέρη μορίων έλκονται το ένα το άλλο με παρόμοιο τρόπο με τους ιοντικούς δεσμούς που βρίσκονται στα άλατα.
Η μετουσίωση γενικά δεν επηρεάζει την πρωτογενή δομή, αλλά προκαλεί αποικοδόμηση των πολύπλοκων τρισδιάστατων διατάξεων των πρωτεϊνών. Οι περισσότερες πρωτεϊνικές λειτουργίες προκύπτουν από χημικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν από τις τρισδιάστατες διευθετήσεις των αλυσίδων αμινοξέων, έτσι η αποικοδόμηση τέτοιων δομών γενικά οδηγεί σε απώλεια της πρωτεϊνικής λειτουργίας. Τα ένζυμα είναι μια σημαντική κατηγορία πρωτεϊνών όπου τα σχήματα των μορίων είναι ζωτικής σημασίας για τις λειτουργίες τους.
Τα νουκλεϊκά οξέα, όπως το DNA και το RNA, έχουν δύο κλώνους δομημένες από μονάδες γνωστές ως βάσεις. Οι κλώνοι συνδέονται μεταξύ τους σε σχήμα διπλής έλικας με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ βάσεων σε αντίθετες πλευρές. Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, οι κλώνοι διαχωρίζονται με το σπάσιμο αυτών των δεσμών.
Αιτίες Μετουσίωσης
Ένας αριθμός παραγόντων μπορεί να προκαλέσει τη μετουσίωση των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων. Η θέρμανση προκαλεί τα μόρια να δονούνται πιο έντονα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σπάσιμο των δεσμών, ιδιαίτερα των πιο αδύναμων. Πολλές πρωτεΐνες θα μετουσιωθούν εάν θερμανθούν σε θερμοκρασίες πάνω από 105.8°F (41°C), λόγω της θραύσης των δεσμών υδρογόνου. Ένα γνωστό παράδειγμα είναι η αλλαγή που συμβαίνει στο ασπράδι του αυγού όταν θερμαίνεται: η πρωτεΐνη λευκωματίνη μετουσιώνεται και μετατρέπεται από ένα διαφανές πήκτωμα σε ένα λευκό στερεό. Οι πρωτεΐνες επίσης μετουσιώνονται όταν μαγειρεύονται τα τρόφιμα, μια διαδικασία που σκοτώνει επιβλαβείς μικροοργανισμούς.
Η μετουσίωση μπορεί επίσης να προκληθεί από διάφορους χημικούς παράγοντες. Ισχυρά οξέα και βάσεις, λόγω της ιοντικής φύσης τους, αλληλεπιδρούν με τις γέφυρες αλάτων που βοηθούν στη συγκράτηση των τριτοταγών δομών των πρωτεϊνών. Θετικά και αρνητικά φορτισμένα μέρη αυτών των ενώσεων έλκονται από τα αντίθετα φορτισμένα μέρη μιας γέφυρας πρωτεϊνικού άλατος, σπάζοντας τον δεσμό μεταξύ των διαφορετικών τμημάτων της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Τα άλατα ορισμένων μετάλλων μπορούν επίσης να έχουν αυτό το αποτέλεσμα.
Οι ομοιοπολικοί δισουλφιδικοί δεσμοί μπορούν επίσης να σπάσουν, οδηγώντας σε μετουσίωση. Οι ενώσεις ορισμένων βαρέων μετάλλων, όπως ο μόλυβδος, ο υδράργυρος και το κάδμιο, μπορούν να το κάνουν αυτό, επειδή συνδέονται εύκολα με το θείο. Ο δεσμός θείου-θείου μπορεί επίσης να σπάσει όταν κάθε άτομο θείου συνδέεται με ένα άτομο υδρογόνου. Μερικοί αναγωγικοί παράγοντες θα παράγουν αυτό το αποτέλεσμα.
Διάφοροι οργανικοί διαλύτες μπορούν επίσης να έχουν μετουσιωτική επίδραση σπάζοντας τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ αμινοξέων που διατηρούν την τριτοταγή δομή. Ένα παράδειγμα είναι η αιθανόλη, που συνήθως ονομάζεται αλκοόλ. Σχηματίζει από μόνος του δεσμούς υδρογόνου με μέρη πρωτεϊνικών μορίων, αντικαθιστώντας τους αρχικούς.
Μετουσιωμένο αλκοόλ
Ο όρος “μετουσίωσης” χρησιμοποιείται μερικές φορές για να αναφερθεί στη διαδικασία που καθιστά το φαγητό ή το ποτό μη βρώσιμο αλλά εξακολουθεί να είναι χρήσιμο για κάποια λειτουργία εκτός από την κατανάλωση. Το πιο κοινό παράδειγμα αυτού είναι η μετουσιωμένη αλκοόλη, που αναφέρεται επίσης ως μεθυλιωμένα οινοπνευματώδη. Το προϊόν χρησιμοποιείται συχνά ως διαλύτης ή ως καύσιμο, και οι φόροι που επιβάλλονται στο αλκοόλ για κατανάλωση μπορούν να αποφευχθούν όταν χρησιμοποιείται για άλλους σκοπούς, εάν είναι μη πόσιμο. Η ίδια η αλκοόλη δεν αλλοιώνεται χημικά, αλλά τα πρόσθετα, συνήθως η μεθανόλη, την καθιστούν τοξική.