Harnstoff ist eine Verbindung, die bei einer Vielzahl biologischer Prozesse im menschlichen Körper sowie bei anderen Säugetieren und Organismen hochaktiv ist. Es übernimmt die Entsorgung von überschüssigem Stickstoff im menschlichen Körper und wirkt als Agent bei der Denaturierung von Proteinen. Harnstoff gehört zu einer Klasse von Verbindungen, die als chaotrope Denaturierungsmittel bekannt sind und die die Tertiärstruktur von Proteinen entwirren, indem sie interne, nicht-kovalente Bindungen zwischen Atomen destabilisieren.
Proteine können durch mehrere Prozesse durch Harnstoff denaturiert werden. Ein Verfahren beinhaltet eine direkte Wechselwirkung, wodurch Harnstoff-Wasserstoff an polarisierte Ladungsbereiche, wie beispielsweise Peptidgruppen, bindet. Dieser gegenseitige Einfluss schwächt die intermolekularen Bindungen und Wechselwirkungen und schwächt die gesamte Sekundär- und Tertiärstruktur. Sobald die Proteinentfaltung erfolgt, können Wasser und Harnstoff leichter auf den hydrophoben inneren Kern des betreffenden Proteins zugreifen, was den Denaturierungsprozess beschleunigt.
Harnstoff kann Proteine auch indirekt denaturieren, indem er die Eigenschaften des Lösungsmittels beeinflusst, in das die Proteine eingetaucht werden. Durch die Änderung der Struktur und Hydrodynamik des Lösungsmittels selbst, ähnlich dem Einbringen eines unpolaren gelösten Stoffes in die Mischung, fördert Harnstoff die Destabilisierung von internen Bindungen. Es scheint dann, dass die direkte Wechselwirkung von Harnstoff mit dem Protein über Wasserstoffbrücken der wahrscheinliche Beginn der Proteinentwirrung ist. Indirekte Wechselwirkungen zwischen Lösungsmitteln und gelösten Stoffen unterstützen den Prozess und bilden einen Weg für das Auftreten dieser direkten Wechselwirkung. Harnstoff kann Proteine auch indirekt denaturieren, indem er die Eigenschaften des Lösungsmittels beeinflusst, in das die Proteine eingetaucht werden. Durch die Änderung der Struktur und Hydrodynamik des Lösungsmittels selbst, ähnlich dem Einbringen eines unpolaren gelösten Stoffes in die Mischung, fördert Harnstoff die Destabilisierung von internen Bindungen. Es scheint dann, dass die direkte Wechselwirkung von Harnstoff mit dem Protein über Wasserstoffbrücken der wahrscheinliche Beginn der Proteinentwirrung ist. Indirekte Wechselwirkungen zwischen Lösungsmitteln und gelösten Stoffen unterstützen den Prozess und bilden einen Weg für das Auftreten dieser direkten Wechselwirkung.
Die genaue Art und Weise, wie Harnstoff Proteine abbaut, ist immer noch Gegenstand einiger Rätsel. Untersuchungen zu diesem Thema haben gezeigt, dass die wahrscheinliche Antwort aller Wahrscheinlichkeit nach eine Kombination der oben genannten Faktoren ist. Experimentelle Methoden sind eine unwahrscheinliche Quelle, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Proteine durch Harnstoff denaturiert werden. Zukünftige Forschungen und Verbesserungen in der Mikroskopie auf atomarer Ebene werden zweifellos mehr Licht in dieses Thema bringen und den genauen Mechanismus aufdecken, durch den die Proteindenaturierung durch Harnstoff stattfindet.