Enbiochimie, ladénaturation est le processus par lequel unemacromolécule biologique,acide nucléique ouprotéine, perd sa conformationtridimensionnelle normale : les protéines perdent leurrepliement et se déplient, les deux brinsappariés des duplex d'acides nucléiques se séparent. Cette conformation tridimensionnelle est le plus souvent nécessaire pour que les macromolécules biologiques puissent remplir leurfonction et donc la dénaturation inactive en général ces macromolécules biologiques.
L'ADN est dit dénaturé lorsque les deux brins complémentaires dont il est normalement constitué sont disjoints. On obtient ce résultat par exemple en augmentant la température, ou en ajoutant desagents chaotropiques comme l'urée. Lorsque la dénaturation est effectuée par chauffage, la température à laquelle la moitié des molécules d'ADN est dénaturée est appeléetempérature de fusion moléculaire. La dénaturation a lieu lorsque les chocs dus à la température parviennent à rompre lesliaisons hydrogène liant les deux brins. Lorsque la température redescend, les chaînes complémentaires se réassocient deux par deux avec réapparition des liaisons H. La composition nucléotidique de la chaine a un effet sur la température de fusion : des chaînes contenant beaucoup de bases C et G (impliquant trois liaisons H entre les nucléotides en vis-à-vis sur les deux brins) sont plus stables et donc plus difficiles à dénaturer que des chaines contenant plus de bases A et T (deux liaisons).
Larenaturation est l'opération inverse de ré-association des deux brins de l'ADN qui se recombinent en une seule molécule bicaténaire.La dénaturation de l'ADN peut se faire avec unthermocycleur.
L'ARN peut également adopter unestructure complexe comprenant des appariements de base et lui permettant d'accomplir des fonctions variées (catalyse, reconnaissance moléculaire...). Cette structure peut être rompue par les mêmes procédés physico-chimiques que pour l'ADN (température,agents chaotropiques)
La dénaturation d'une protéine correspond à la désorganisation de la structure spatiale sansrupture desliaisons covalentes et en particulier desliaisons peptidiques, car seules lesliaisons secondaires sont concernées. La chaîne polypeptidique est alors partiellement ou totalement dépliée.
La dénaturation d'uneprotéine a le plus souvent plusieurs conséquences importantes :
perte de l'activité biologique. L'activité biologique des protéines, en particulier desenzymes, dépend fortement de l'organisation spatiale desacides aminés qui la compose, par exemple au niveau d'unsite actif. La perte du repliement entraîne alors une perte d'activité ;
modification de lasolubilité. La solubilité dépend de la surface d'interaction entre la protéine et l'environnement aqueux. La modification de la structure spatiale affecte profondément cette surface d'interaction et modifie donc la solubilité. En particulier, des contacts entre zones hydrophobes de la protéine dépliée peuvent conduire à l'agrégation non ordonnée des protéines :floculation quand la dénaturation est réversible (exemple : floculation du lait en présence d'un acide), coagulation quand la dénaturation est irréversible (coagulation des caséines du lait encaillé, coagulation ducollagène lors de la cuisson des viandes, des poissons, coagulation de l'ovalbumine lors de la cuisson des œufs). Lagélification des protéines (établissement d'un réseau gélifié qui repose notamment sur la formation deponts disulfures : pâtes de pâtisserie, pâtes à pain), correspondant à l'agrégation lente de protéines dénaturées en un réseau tridimensionnel ordonné, nécessite une masse insoluble bien hydratée[1].
La coagulation du blanc d'œuf résulte de la dénaturation de l'ovalbumine par la chaleur.Une goutte de blanc d’œuf dénaturée après 10 secondes de micro-ondes. Elle évolue vers une cristallisation et une apparence de complexité.
Latempérature : L'augmentation de la température engendre uneagitation thermique des atomes de la molécule. Celle-ci provoque une rupture des interactions intermoléculaires, comme les liaisons hydrogène, qui stabilisent la structure spatiale. En effet, les liaisons hydrogène servent à stabiliser les protéines dans une forme tridimensionnelle où elles peuvent remplir leurs fonctions. À haute température, les liaisons hydrogène sont brisées et ne peuvent plus assurer le maintien de la forme de la protéine, qui n'est alors plus fonctionnelle. La plupart des protéines sont ainsi dénaturées à partir de41 degrés Celsius, ce qui explique la dangerosité chez l'humain de fortes fièvres. Ce processus est à l'origine de la coagulation de l'ovalbumine, protéine dublanc d'œuf, lorsqu'on fait cuire des œufs.
Modification dupH : elle entraine une modification des charges portées par les groupements ionisables et altère donc les liaisons ioniques ethydrogène stabilisant la structure spatiale.
Lesagents chaotropiques comme l'urée ou lechlorure de guanidine. À forte concentration, ces composés fragilisent fortement les liaisons hydrogène (principales liaisons de faibles énergies responsables du maintien des structures secondaires, tertiaires et quaternaires des protéines).
Les agents réducteurs dethiols comme le2-mercaptoéthanol ou leDTT (Dithiothréitol). Ils permettent la réduction (rupture) desponts disulfures et peuvent ainsi contribuer à fragiliser la structure tertiaire ou quaternaire des protéines
Lesbases et lesacides, par altération du pH (voir ci-dessus,« Agents physiques »).
Lesdétergents, par modification de l'interaction avec le solvant aqueux.
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