Denaturazione delle proteine

Quando il sistema finemente bilanciato di forze chimiche deboli responsabili della conformazione nativa di una proteina viene alterato, la proteina stessa denatura. La struttura nativa di una proteina si srotola in modo cooperativo: qualsiasi parziale rottura della struttura ripiegata destabilizza la parte restante della molecola che immediatamente collassa nella forma di gomitolo casuale. Una proteina può denaturare quando viene riscaldata. La temperatura al punto di mezzo di questo processo viene detta  temperatura di fusione della proteina, Tm. Oltre che dalle temperature elevate una proteina può essere denaturata da una varietà di altre condizioni o sostanze: (1) le variazioni di pH alterano gli stati di ionizzazione delle catene laterali degli amminoacidi modificando la distribuzione di carica delle proteine e la possibilità di formare legami idrogeno; (2) I detergenti, che si associano mediante interazioni idrofobiche con i residui non polari di una proteina, interferendo quindi con le interazioni idrofobiche normali; (3) Le sostanze organiche solubili in acqua, a concentrazioni elevate, come gli alcoli alifatici, interferiscono anch'essi con le forze idrofobiche;
Riassumendo, la stabilità della struttura ripiegata di una proteina globulare dipende nel suo insieme dall'azione combinata di tre fattori:
1.il contributo sfavorevole dell'entropia conformazionale, che favorisce al contrario la catena ad avvolgimento casuale (ΔS<0);
2.il contributo favorevole dell'entalpia, dovuta alle interazioni intramolecolari tra i gruppi laterali (ΔH<0);
3.il contributo favorevole della variazione di entropia dovuta alla disposizione dei gruppi idrofobici all'interno della molecola (ΔS>0);
Quindi il fattore 1 si oppone al ripiegamento, mentre il 2 e il 3 aiutano a stabilizzarlo. In proteine diverse, la ripartizione della stabilizzazione tra interazioni tra catene laterali e effetto idrofobico è differente, ma il risultato finale è lo stesso: una particolare struttura ripiegata corrisponde al minimo di energia libera per quel polipeptide in condizioni fisiologiche. Questa è la ragione per cui le catene si ripiegano spontaneamente.