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

Механизмы зрения: наука и жизнь Механизмы зрения: наука и жизнь

С чего начинается зрение?

Наука и жизнь
Приложения против стресса: как нам помогают трекеры настроения? Приложения против стресса: как нам помогают трекеры настроения?

В борьбе с депрессией, тревожностью и стрессом все средства хороши

Psychologies
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Химики получили эластичный и биосовместимый полимер Химики получили эластичный и биосовместимый полимер

Этот эластичный и биосовместимый полимер можно применять для электромиографии

N+1
Так думают женщины о... Так думают женщины о...

Очередная попытка выяснить, чего хочет женщиина

Playboy
Иранский синдром Иранский синдром

Как экономика Исламской Республики приспособилась к условиям санкций

Forbes
Подпоручик, маршал, палач, жертва Подпоручик, маршал, палач, жертва

Как самонадеянность привела Тухачевского к гибели

Дилетант
Лиса: образ жизни, повадки и другие интересные факты Лиса: образ жизни, повадки и другие интересные факты

Действительно лисы так хитры, как их описывают в сказках?

Популярная механика
Первооткрыватели CRISPR/Cas9 остались без патента на технологию в США Первооткрыватели CRISPR/Cas9 остались без патента на технологию в США

Решение по спору между создателями системы редактирования генома CRISPR/Cas9

N+1
Древним жителям Лахиша приглянулись оливки и инжир Древним жителям Лахиша приглянулись оливки и инжир

Палеоботаники исследовали остатки растений эпохи бронзы

N+1
Ключи от города Ключи от города

Ключ от города лежит у каждого из нас в кармане. Часто ли мы открываем им дверь?

Seasons of life
Птенцы городских синиц справились с жарой лучше лесных сородичей Птенцы городских синиц справились с жарой лучше лесных сородичей

Хотя в городах жарче, смертность птенцов от жары здесь оказалась ниже

N+1
Про запрет алкоголя, зависимость и «побочки»: 10 главных вопросов об антидепрессантах Про запрет алкоголя, зависимость и «побочки»: 10 главных вопросов об антидепрессантах

Где же правда среди страшных мифов об антидепрессантах?

Psychologies
Саранчу пора спасать от вымирания Саранчу пора спасать от вымирания

Глобальное потепление меняет биоразнообразие на Земле

Наука и жизнь
Ценные гектары Ценные гектары

Стоимость земель 20 крупнейших латифундистов России приблизилась к 1 трлн рублей

Forbes
Самые большие клетки на Земле: таких крупных одноклеточных вы точно еще не видели! Самые большие клетки на Земле: таких крупных одноклеточных вы точно еще не видели!

Рассказываем о рекордсменах среди одноклеточных

Популярная механика
«С одной иглы на другую»: как власти собираются поддерживать IT-отрасль под санкциями «С одной иглы на другую»: как власти собираются поддерживать IT-отрасль под санкциями

Одной из главных проблем бизнес назвал утечку кадров

Forbes
Как измерить температуру без градусника: 4 простых способа Как измерить температуру без градусника: 4 простых способа

Способы, которые помогут разобраться, повышена ли температура на самом деле

Cosmopolitan
Небывалый Небывалый

Об Эдуарде Лимонове – о его жизни, о годах, прошедших в борьбе с болезнью

Esquire
Спорим, ты не знала об этих 10 классных функциях Telegram — используй его на полную! Спорим, ты не знала об этих 10 классных функциях Telegram — используй его на полную!

Готовы поспорить, о некоторых функциях Telegram ты и не догадывалась

VOICE
Ничего лишнего Ничего лишнего

Минималистичный и одновременно функциональный интерьер загородного дома

Идеи Вашего Дома
Manizha Manizha

Manizha — о творчестве, хейте, шоу-бизнесе, страхах и понятии «женщина»

ЖАРА Magazine
«Банкроты и ростовщики Российской империи: Долг, собственность и право во времена Толстого и  Достоевского» — отрывок из книги «Банкроты и ростовщики Российской империи: Долг, собственность и право во времена Толстого и  Достоевского» — отрывок из книги

Как родственники помогали друг другу решать финансовые проблемы и создавали их

СНОБ
Как избавиться от стресса: 3 совета от психолога Как избавиться от стресса: 3 совета от психолога

Чтобы помогать другим, нужно в первую очередь помочь себе — как это сделать?

Playboy
Правда и мифы о послеродовой депрессии Правда и мифы о послеродовой депрессии

Послеродовая депрессия начинается до рождения ребенка и не проходит сама по себе

Psychologies
Как еще можно использовать средство для мытья посуды: 10 полезных способов, о которых вы не знали Как еще можно использовать средство для мытья посуды: 10 полезных способов, о которых вы не знали

Жидкость для мытья посуды можно использовать не по назначению

Популярная механика
Простые упражнения для снятия эмоционального напряжения и мышечных зажимов Простые упражнения для снятия эмоционального напряжения и мышечных зажимов

Упражнения, которые помогут расслабиться и почувствовать себя лучше

Esquire
Не трогай это! Что такое контактный дерматит Не трогай это! Что такое контактный дерматит

Каким бывает дерматит и почему он возникает?

РБК
Русская усадьба Русская усадьба

Уклад жизни в доме под сенью хвойного леса подчинён идее единения с природой

Идеи Вашего Дома
Как испытывали знаменитую водородную бомбу Сахарова Как испытывали знаменитую водородную бомбу Сахарова

Первая советская водородная бомба РДС-6с – знаменитая «слойка Сахарова»

ТехИнсайдер
Открыть в приложении