Quando una soluzione di una proteina viene bollita, la proteina diventa spesso insolubile—cioè, è denaturata—e rimane insolubile anche quando la soluzione viene raffreddata. La denaturazione delle proteine del bianco d’uovo dal calore—come quando bolle un uovo—è un esempio di denaturazione irreversibile. La proteina denaturata ha la stessa struttura primaria della proteina originale o nativa., Le forze deboli tra i gruppi carichi e le forze più deboli di attrazione reciproca dei gruppi non polari vengono interrotte a temperature elevate, tuttavia; di conseguenza, la struttura terziaria della proteina viene persa. In alcuni casi la struttura originale della proteina può essere rigenerata; il processo è chiamato renaturazione.

La denaturazione può essere realizzata in vari modi. Le proteine sono denaturate mediante trattamento con agenti alcalini o acidi, ossidanti o riducenti e alcuni solventi organici., Interessanti tra gli agenti denaturanti sono quelli che influenzano la struttura secondaria e terziaria senza influenzare la struttura primaria. Gli agenti più frequentemente utilizzati per questo scopo sono urea e guanidinio cloruro. Queste molecole, a causa della loro elevata affinità per i legami peptidici, rompono i legami idrogeno e i ponti salini tra catene laterali positive e negative, abolendo così la struttura terziaria della catena peptidica. Quando gli agenti denaturanti vengono rimossi da una soluzione proteica, la proteina nativa si riforma in molti casi., La denaturazione può anche essere ottenuta riducendo i legami disolfuro di cistina-cioè la conversione del legame disolfuro (―S―S―) in due gruppi sulfidrilici (- SH). Questo, ovviamente, porta alla formazione di due cisteine. La riossidazione delle cisteine mediante esposizione all’aria a volte rigenera la proteina nativa. In altri casi, tuttavia, le cisteine sbagliate si legano l’una all’altra, risultando in una proteina diversa. Infine, la denaturazione può anche essere ottenuta esponendo le proteine a solventi organici come etanolo o acetone., Si ritiene che i solventi organici interferiscano con l’attrazione reciproca dei gruppi non polari.

Alcune delle proteine più piccole, tuttavia, sono estremamente stabili, anche contro il calore; ad esempio, le soluzioni di ribonucleasi possono essere esposte per brevi periodi di tempo a temperature di 90 °C (194 °F) senza subire denaturazione significativa. La denaturazione non comporta cambiamenti identici nelle molecole proteiche. Una proprietà comune delle proteine denaturate, tuttavia, è la perdita di attività biologica—ad esempio, la capacità di agire come enzimi o ormoni.,

Sebbene la denaturazione fosse stata a lungo considerata una reazione all-or-none, ora si pensa che esistano molti stati intermedi tra proteine native e denaturate. In alcuni casi, tuttavia, la rottura di un legame chiave potrebbe essere seguita dalla completa rottura della conformazione della proteina nativa.

Sebbene molte proteine native siano resistenti all’azione dell’enzima tripsina, che scompone le proteine durante la digestione, vengono idrolizzate dallo stesso enzima dopo la denaturazione., I legami peptidici che possono essere divisi dalla tripsina sono inaccessibili nelle proteine native ma diventano accessibili durante la denaturazione. Allo stesso modo, le proteine denaturate danno reazioni di colore più intense per tirosina, istidina e arginina rispetto alle stesse proteine nello stato nativo. L’accessibilità aumentata di gruppi reattivi di proteine denaturate è attribuita a uno spiegamento delle catene peptide.,

Se la denaturazione può essere effettuata facilmente e se la rinaturazione è difficile, come viene mantenuta la conformazione nativa delle proteine globulari negli organismi viventi, in cui vengono prodotte gradualmente, per incorporazione di un amminoacido alla volta? Esperimenti sulla biosintesi di proteine da amminoacidi contenenti carbonio radioattivo o idrogeno pesante rivelano che la molecola proteica cresce gradualmente dal terminale N al terminale C; in ogni fase viene incorporato un singolo residuo di amminoacido., Non appena la catena crescente del peptide contiene sei o sette residui dell’amminoacido, le catene laterali interagiscono con a vicenda e così causano le deviazioni dalla configurazione diritta o β-chain. A seconda della natura delle catene laterali, ciò può comportare la formazione di un’α-elica o di anelli chiusi da legami idrogeno o ponti disolfuro. La conformazione finale è probabilmente congelata quando la catena peptidica raggiunge una lunghezza di 50 o più residui di aminoacidi.