Wenn eine Lösung eines Proteins gekocht wird, wird das Protein häufig unlöslich—d. H. Es wird denaturiert—und bleibt auch dann unlöslich, wenn die Lösung abgekühlt ist. Die Denaturierung der Eiweißproteine durch Hitze—wie beim Kochen eines Eies—ist ein Beispiel für eine irreversible Denaturierung. Das denaturierte Protein hat die gleiche Primärstruktur wie das ursprüngliche oder native Protein., Die schwachen Kräfte zwischen geladenen Gruppen und die schwächeren Kräfte der gegenseitigen Anziehung unpolarer Gruppen werden jedoch bei erhöhten Temperaturen gestört; Dadurch geht die tertiäre Struktur des Proteins verloren. In einigen Fällen kann die ursprüngliche Struktur des Proteins regeneriert werden; der Prozess wird Renaturierung genannt.

Die Denaturierung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Proteine werden durch Behandlung mit alkalischen oder sauren, oxidierenden oder Reduktionsmitteln und bestimmten organischen Lösungsmitteln denaturiert., Interessant unter den Denaturierungsmitteln sind diejenigen, die die sekundäre und tertiäre Struktur beeinflussen, ohne die Primärstruktur zu beeinflussen. Die zu diesem Zweck am häufigsten verwendeten Mittel sind Harnstoff und Guanidiniumchlorid. Diese Moleküle brechen aufgrund ihrer hohen Affinität zu Peptidbindungen die Wasserstoffbrücken und die Salzbrücken zwischen positiven und negativen Seitenketten, wodurch die Tertiärstruktur der Peptidkette abgeschafft wird. Wenn Denaturierungsmittel aus einer Proteinlösung entfernt werden, bildet sich in vielen Fällen das native Protein wieder., Die Denaturierung kann auch durch Reduktion der Disulfidbindungen von Cystin erreicht werden―d.h. Umwandlung der Disulfidbindung (―S― S―) in zwei Sulfhydrylgruppen (- SH). Dies führt natürlich zur Bildung von zwei Cysteinen. Die Reoxidation der Cysteine durch Lufteinwirkung regeneriert manchmal das native Protein. In anderen Fällen werden die falschen Cysteine jedoch aneinander gebunden, was zu einem anderen Protein führt. Schließlich kann die Denaturierung auch erreicht werden, indem Proteine organischen Lösungsmitteln wie Ethanol oder Aceton ausgesetzt werden., Es wird angenommen, dass die organischen Lösungsmittel die gegenseitige Anziehung unpolarer Gruppen stören.

Einige der kleineren Proteine sind jedoch auch gegen Hitze extrem stabil; Beispielsweise können Ribonukleaselösungen für kurze Zeit Temperaturen von 90 °C (194 °F) ausgesetzt werden, ohne dass eine signifikante Denaturierung erfolgt. Die Denaturierung beinhaltet keine identischen Veränderungen in Proteinmolekülen. Eine gemeinsame Eigenschaft von denaturierten Proteinen ist jedoch der Verlust der biologischen Aktivität-z. B. die Fähigkeit, als Enzyme oder Hormone zu wirken.,

Obwohl die Denaturierung lange Zeit als All-or-None-Reaktion angesehen wurde, wird angenommen, dass viele Zwischenzustände zwischen nativem und denaturiertem Protein bestehen. In einigen Fällen könnte jedoch auf das Brechen einer Schlüsselbindung der vollständige Abbau der Konformation des nativen Proteins folgen.

Obwohl viele native Proteine gegen die Wirkung des Enzyms Trypsin resistent sind, das Proteine während der Verdauung abbaut, werden sie nach der Denaturierung durch dasselbe Enzym hydrolysiert., Die Peptidbindungen, die durch Trypsin gespalten werden können, sind in den nativen Proteinen unzugänglich, werden aber während der Denaturierung zugänglich. In ähnlicher Weise geben denaturierte Proteine intensivere Farbreaktionen für Tyrosin, Histidin und Arginin als die gleichen Proteine im nativen Zustand. Die erhöhte Zugänglichkeit reaktiver Gruppen denaturierter Proteine wird auf eine Entfaltung der Peptidketten zurückgeführt.,

Wenn die Denaturierung leicht herbeigeführt werden kann und die Renaturierung schwierig ist, wie wird dann die native Konformation globulärer Proteine in lebenden Organismen aufrechterhalten, in denen sie schrittweise durch den Einbau einer Aminosäure nach der anderen hergestellt werden? Experimente zur Biosynthese von Proteinen aus Aminosäuren, die radioaktiven Kohlenstoff oder schweren Wasserstoff enthalten, zeigen, dass das Proteinmolekül schrittweise vom N-Terminus zum C-Terminus wächst; In jedem Schritt wird ein einzelner Aminosäurerest eingebaut., Sobald die wachsende Peptidkette sechs oder sieben Aminosäurereste enthält, interagieren die Seitenketten miteinander und verursachen somit Abweichungen von der geraden oder β-Kettenkonfiguration. Je nach Art der Seitenketten kann dies zur Bildung einer α-Helix oder von durch Wasserstoffbrücken oder Disulfidbrücken geschlossenen Schleifen führen. Die endgültige Konformation wird wahrscheinlich eingefroren, wenn die Peptidkette eine Länge von 50 oder mehr Aminosäureresten erreicht.