В кипятке белок становится твёрдым и белым — а что происходит с молекулами?

Наука и жизньНаука

Что происходит с яйцом в кипятке

Кирилл Стасевич

Фото: ru.depositphotos.com/PantherMediaSeller

В кипящей воде яичный белок из жидкого и прозрачного становится твёрдым и белым — мы говорим, что яйцо свернулось, или белок свернулся. На самом деле это не совсем так. С точки зрения того, как устроены молекулы белков, все они в той или иной мере свернувшиеся: и сырой яичный альбумин*, и гемоглобин в крови, и пищеварительные ферменты, и кератины, из которых состоят волосы и ногти, и т. д. При варке же яичные белки разворачиваются, из-за чего яйцо твердеет и белеет. С физико-химической точки зрения этот процесс лучше называть не сворачиванием, а денатурацией.

* Доля собственно белков в яичном белке составляет около 10%. Больше половины из них приходится на яичный альбумин, или овальбумин.

Чтобы понять, что имеется в виду, нужно вспомнить, как устроены белки. Любой белок — это более или менее длинная цепочка двадцати аминокислот. В аминокислотах есть атомы, которыми они соединяются друг с другом, образуя длинный остов полипептидной цепи. И есть атомы, точнее, группы атомов, которые торчат в сторону от этого длинного остова. Их называют боковыми радикалами, боковыми цепями или боковыми группировками. У каждой аминокислоты они свои. Боковой радикал определяет свойства аминокислоты. Например, у многих аминокислот в нём есть атомы азота, кислорода или серы, притягивающие к себе электроны и приобретающие таким образом частично отрицательный заряд. Поскольку на них больше концентрируется отрицательный электрический заряд, с ними легко образуют связь молекулы, в которых есть что-то положительно заряженное, например молекулы воды, — их атомы водорода несут тот самый частично положительный заряд. Такие молекулы или их фрагменты, где можно выделить условные «плюс» или «минус», ещё называют полярными. Аминокислоты с полярной боковой группировкой носят название гидрофильных, то есть «любящих воду». А «любовные связи» с водой они как раз и образуют своими полярными фрагментами — «плюс» притягивается к «минусу». Собственно, сами гидрофильные аминокислоты в одной и той же полипептидной цепи могут взаимодействовать друг с другом, притягиваться или отталкиваться, в зависимости от заряда полярной группы в боковой цепи. А есть аминокислоты, у которых нет такого сильного разделения заряда. Это аминокислоты гидрофобные — они «боятся» молекул воды и не горят желанием образовывать с ними связи, как, впрочем, и с другими полярными молекулами или ионами.

Аминокислоты соединены в молекуле белка пептидной связью между атомом углерода и атомом азота, отчасти в пептидной связи участвует и кислород, соединённый с углеродом. На рисунке пептидная связь показана между аминокислотами аланином и цистеином. Вбок выступают две группы атомов — СН3 у аланина и СH2SH у цистеина. Это боковые цепи, или боковые радикалы. У аланина он незаряженный, гидрофобный, у цистеина — заряженный благодаря сере. Кроме того, два цистеина могут соединиться друг с другом ковалентной связью между атомами серы. Рисунок Кирилла Стасевича

Для воды и других полярных молекул очень неудобно, когда посреди них вдруг возникает нечто, с чем они не могут взаимодействовать. Представьте, что посреди городской улицы вдруг выросла скала, которую нужно обходить, если вы хотите увидеть соседа или перейти из одного магазина в другой. Вот это самое «удобно/неудобно» на языке физики описывается термодинамическими уравнениями, которые определяют поведение и состояние молекулы белка в растворе с точки зрения энергии системы. У большой молекулы белка и у маленьких молекул воды, посреди которых она плавает, есть такие взаимные расположения или состояния, энергетически выгодные (удобные) и энергетически невыгодные (неудобные). Для положительно заряженной молекулы и отрицательно заряженной молекулы выгоднее сблизиться и образовать связь, пусть непрочную, чем сидеть поодиночке, а молекулам с одинаковым зарядом выгоднее сидеть подальше друг от друга. Поэтому полипептидная цепь никогда не выглядит как ровная палка — она всегда будет изогнутой и скрученной. Разнозаряженные гидрофильные аминокислоты в ней станут тянуться друг к другу, одинаково заряженные — отталкиваться, и к тем и другим будут тянуться молекулы воды.

Пептидами и полипептидами называют короткие цепочки из нескольких или нескольких десятков аминокислот, тогда как цепочки в белках обычно состоят из сотен аминокислот.

Последовательность двадцати аминокислот у разных белков может быть в чём-то похожей (особенно, если белки схожи по функциям и по эволюционной истории), но если брать последовательность аминокислот в целом, для каждого белка она индивидуальна, и даже по суммарному составу аминокислот разные белки порой сильно отличаются. Порядок аминокислот определяет функцию белка; мутации в ДНК, где закодирована аминокислотная последовательность белка, могут превратить белок в полностью нерабочую молекулу.

А что гидрофобные аминокислоты? С ними нужно что-то сделать, убрать с глаз долой, чтобы они не мешали заряженным молекулам сближаться или отталкиваться. Лучше спрятать их туда, где они не будут сталкиваться ни с водой, ни с заряженными аминокислотами. Полипептидную нитку можно свернуть в клубок, причём свернуть так, чтобы наружу глядели гидрофильные аминокислоты, а внутри сидели гидрофобные, поскольку они вполне хорошо переносят тесное соседство друг с другом. Тогда у молекулы белка в растворе получится энергетически выгодное состояние. В согнутой, скрученной цепи есть своё напряжение, повышающее энергию, но белку приходится с ним смириться, потому что это всё равно лучше, чем допустить гидрофобные аминокислоты смотреть в раствор и устроить «бунт на корабле».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Свет и блеск Достоевского Свет и блеск Достоевского

Тернистый путь, пройденный Фёдором Михайловичем Достоевским

Наука и жизнь
Сервис доставки еды Broniboy из Краснодара привлек полмиллиарда рублей Сервис доставки еды Broniboy из Краснодара привлек полмиллиарда рублей

Российский сервис Broniboy привлек 500 млн рублей

Forbes
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Сон в гробу за четыре пенса и другие услуги «Армии спасения»: история одного из самых гнусных изобретений человечества Сон в гробу за четыре пенса и другие услуги «Армии спасения»: история одного из самых гнусных изобретений человечества

Кого и от кого спасала "Армия спасения"?

Популярная механика
Маниок с тапиокой Маниок с тапиокой

С недавних пор в кулинарии появились необычные продукты: маниок и тапиока

Наука и жизнь
Михаил Горбачев: 5 малоизвестных (и местами стыдных) фактов об отце перестройки, которые стараются не вспоминать Михаил Горбачев: 5 малоизвестных (и местами стыдных) фактов об отце перестройки, которые стараются не вспоминать

Первый и единственный президент СССР личность неоднозначная и противоречивая

Популярная механика
«Тупой телефон» — зачем люди меняют смартфоны на кнопочные устройства «Тупой телефон» — зачем люди меняют смартфоны на кнопочные устройства

Почему цифровой детокс становится трендом и как он меняет жизнь

СНОБ
Я ору: как крик помогает избавиться от боли Я ору: как крик помогает избавиться от боли

Существует ли научное подтверждение тому, что крик помогает справиться с болью?

Psychologies
Наука и жизнь сто лет назад Наука и жизнь сто лет назад

О литофагии, аэросанях и драгоценных камнях

Наука и жизнь
Плащ-невидимка и пластмассовое золото Плащ-невидимка и пластмассовое золото

10 необычных материалов «из будущего»

РБК
Анна Варпаховская. Ангел навынос Анна Варпаховская. Ангел навынос

Удивительно, но Анна Варпаховская за сорок лет не слишком изменилась

Коллекция. Караван историй
Актинобактерии Pseudonocardiaceae захватили древнюю китайскую гробницу Актинобактерии Pseudonocardiaceae захватили древнюю китайскую гробницу

Биологи провели исследование микробиома ханьской гробницы Дахутин

N+1
Возвращение нулевых на экраны: новый сериал «The Телки» Возвращение нулевых на экраны: новый сериал «The Телки»

«The Телки»: приметы нулевых возвращаются не только в моду, но и на экраны

СНОБ
9 жутких и загадочных водоемов мира 9 жутких и загадочных водоемов мира

Что страшного таят темные воды?

Популярная механика
Как Великая лондонская вонь победила загрязнение реки Темзы Как Великая лондонская вонь победила загрязнение реки Темзы

Как лондонцы справились с загрязнением Темзы?

Популярная механика
История одной песни: «Русские», Стинг, 1985 История одной песни: «Русские», Стинг, 1985

Один из любимейших в России шлягеров 80-х на самом деле дает повод для раздумий

Maxim
10 лучших комнатных деревьев, которые освежат интерьер дома 10 лучших комнатных деревьев, которые освежат интерьер дома

Домашние деревья, которые могут стать акцентным элементом интерьера

Cosmopolitan
Сила вежливости: как отвечать хаму Сила вежливости: как отвечать хаму

Невоспитанные люди сильно омрачают нам жизнь. Можно ли защититься от них?

Psychologies
Это не фильм ужасов: муравьи-разрушители принесли с собой гриб-убийцу. Он же их и убьёт Это не фильм ужасов: муравьи-разрушители принесли с собой гриб-убийцу. Он же их и убьёт

Это не буйная фантазия сценариста-садиста, это реальность в районах Техаса

Популярная механика
В главной роли В главной роли

Как найти и не потерять собственное «Я» среди своих целей и обязанностей?

Psychologies
Далласский клуб конспирологов Далласский клуб конспирологов

«Как убили Джона Кеннеди»: Оливер Стоун снова трубит о «преступлении века»

Weekend
Всегда помнить про «Smize!» Всегда помнить про «Smize!»

Актриса Полина Ауг — о стиле, нужных вещах и работе в новых реалиях

OK!
Отрицать, забыть, подавлять: как работает механизм психологической защиты Отрицать, забыть, подавлять: как работает механизм психологической защиты

Может ли психологическая защита оказать негативное влияние?

Forbes
Постельные cцены Постельные cцены

Много полезных фактов о сне, которые мы собрали в честь Всемирного дня сна

Лиза
Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали

К некоторым физиологическим проявлениям возраста мы оказываемся не готовы

Популярная механика
Варвара: «Любовь — ежедневный выбор» Варвара: «Любовь — ежедневный выбор»

Глядя на Варвару, невольно удивляешься: неужели у нее совершенно взрослые дети?

Лиза
Часто просыпаетесь среди ночи? Как быстро уснуть и чего не следует делать Часто просыпаетесь среди ночи? Как быстро уснуть и чего не следует делать

Как уснуть, если проснулся среди ночи?

Популярная механика
Техасцы используют для майнинга газ — и не только зарабатывают на этом миллионы долларов, но и помогают экологии Техасцы используют для майнинга газ — и не только зарабатывают на этом миллионы долларов, но и помогают экологии

Техасцы перерабатывают газ в электричество и питают им майнинг-фермы

VC.RU
Что делать, если компьютер начал сильно шуметь? Как исправить проблему своими руками Что делать, если компьютер начал сильно шуметь? Как исправить проблему своими руками

Что проверить, если компьютер начал странно шуметь?

Популярная механика
Кто мы друг другу? Кто мы друг другу?

Соединиться душой и телом с любимым – не прихоть, а потребность

Psychologies
Открыть в приложении