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

Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Глаз не оторвать! 10 ТВ-шоу на любой вкус, которые можно смотреть днями напролет Глаз не оторвать! 10 ТВ-шоу на любой вкус, которые можно смотреть днями напролет

Если ты ищешь способ отвлечься, попробуй «провалиться» в просмотр этих телешоу

Cosmopolitan
Кис-кис в каплях Кис-кис в каплях

Обычная вода может превратиться в перекись водорода

Наука и жизнь
Мыло, антиквариат и зимняя одежда: главные способы «развода» водителей Мыло, антиквариат и зимняя одежда: главные способы «развода» водителей

Зачем мошенники возят с собой предметы антиквариата?

РБК
Что такое сыворотка правды, и на что она способна Что такое сыворотка правды, и на что она способна

Действительно ли люди под сывороткой правды не могут никого обмануть?

Популярная механика
Внутренняя мизогиния: что это и как с ней бороться Внутренняя мизогиния: что это и как с ней бороться

Разбираемся с вопросами о внутренней мизогинии с психологом

Psychologies
Двенадцатая жена императора Двенадцатая жена императора

Шпионско-детективная история про румынскую танцовщицу, ставшую женой императора

Дилетант
Есть ли у маленьких детей чувство морали? Есть ли у маленьких детей чувство морали?

Рождаемся ли мы «хорошими»?

Популярная механика
Черное дело Черное дело

Традиционное – не значит устаревшее, считают Елена и Олег Малышевы

Вокруг света
7 пород собак, которые всегда встанут на защиту хозяина 7 пород собак, которые всегда встанут на защиту хозяина

Если вы хотите, чтобы ваша собака защищала вас, то присмотритесь к этим породам

Популярная механика
Все переживем: как перестать тревожиться и успокоить себя сейчас Все переживем: как перестать тревожиться и успокоить себя сейчас

Как не потерять контроль над собой и своей жизнью

Esquire
70 вдохновляющих цитат о силе и независимости женщин 70 вдохновляющих цитат о силе и независимости женщин

Предлагаем вдохновиться цитатами о силе и независимости женщин

Cosmopolitan
Вакцина от вируса Нипах защитила обезьян через три дня после инъекции Вакцина от вируса Нипах защитила обезьян через три дня после инъекции

Разработчики вакцины от вируса Нипах проверили, как она работает на мартышках

N+1
«Нравится ли мне жить?»: 10 цитат из лекции психолога Альфрида Лэнгле «Нравится ли мне жить?»: 10 цитат из лекции психолога Альфрида Лэнгле

Цитаты из лекции Альфрида Лэнгле «Что делает нашу жизнь ценной?

Psychologies
ECTO-1, автомобиль ECTO-1, автомобиль

Как в 1983 году на свет появилось одно из самых узнаваемых транспортных средств

Популярная механика
«Управляйте стрессом»: как облегчить свое состояние «Управляйте стрессом»: как облегчить свое состояние

Как справиться со стрессом и начать жить?

Psychologies
Как Мария Трубникова открыла первую благотворительную организацию для женщин Как Мария Трубникова открыла первую благотворительную организацию для женщин

Мария Трубникова посвятила свою жизнь борьбе за гендерное равенство

Forbes
Мгновение славы: участники телешоу, которые умерли после проекта Мгновение славы: участники телешоу, которые умерли после проекта

Порой мимолетное появление на экране становится ошибкой и приводит к трагедии

VOICE
Держим в курсе Держим в курсе

Арсен Айрапетов в деталях рассказывает нам свою историю успеха

OK!
10 военных фильмов 10 военных фильмов

Лучшие военные/антивоенные фильмы

Weekend
Как привести себя в ресурсное состояние прямо сейчас Как привести себя в ресурсное состояние прямо сейчас

Где взять ресурсы, когда одолевает тревога?

Psychologies
Импланты под санкциями? Что будет с пластической хирургией во времена кризиса Импланты под санкциями? Что будет с пластической хирургией во времена кризиса

Какие именно изменения ждут индустрию красоты во времена кризиса

Cosmopolitan
Что едят беременные? Секреты сбалансированного питания Что едят беременные? Секреты сбалансированного питания

Как питаться при беременности, чтобы меню было полезно для всех

9 месяцев
Четыре поколения инцеста: шокирующая история семьи Кольт Четыре поколения инцеста: шокирующая история семьи Кольт

История потрясла всю Австралию. Семья Кольт вела уединенный образ жизни в глуши

VOICE
Различий в субъективных переживаниях от ЛСД и псилоцибина почти не нашлось Различий в субъективных переживаниях от ЛСД и псилоцибина почти не нашлось

Как различается эффект ЛСД и псилоцибина?

N+1
Первая брачная ночь: самые дикие обычаи в мире Первая брачная ночь: самые дикие обычаи в мире

Про право первой ночи ты и так наверняка знаешь, но, это еще не самое ужасное!

VOICE
«Я создаю блюда для людей»: как бывший маркетолог Владимир Чистяков стал ресторатором «Я создаю блюда для людей»: как бывший маркетолог Владимир Чистяков стал ресторатором

Ресторатор Владимир Чистяков — почему будущее индустрии за коллаборациями?

Forbes
Топ-9 продуктов, которые избавят тебя от прыщей Топ-9 продуктов, которые избавят тебя от прыщей

От каких продуктов прыщи ретируются, если включить их в свой рацион

VOICE
В Сербии обнаружили останки древнейших балканских неандертальцев В Сербии обнаружили останки древнейших балканских неандертальцев

Археологи подтвердили существование неандертальцев на Балканах

N+1
Внутри Пушкина Внутри Пушкина

«Поэзия есть искусство границ, и никто не знает этого лучше, чем русский поэт»

Seasons of life
Открыть в приложении