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

6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
6 продуктов, которых стоит избегать: это не едят эндокринологи 6 продуктов, которых стоит избегать: это не едят эндокринологи

С этими продуктами стоит быть осторожнее!

Популярная механика
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Коляска-противогаз, зимний сочинский солярий и другие редкие исторические фотографии, которых вы еще не видели Коляска-противогаз, зимний сочинский солярий и другие редкие исторические фотографии, которых вы еще не видели

Сегодня же эти снимки можно рассматривать часами, не переставая удивляться

Популярная механика
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
«Она втянула меня в аферу»: когда дружба становится опасной «Она втянула меня в аферу»: когда дружба становится опасной

Дружба прекрасна, но она же бывает и причиной наших страданий

Psychologies
Что красит камень? Что красит камень?

Что делает рубин красным, изумруд — зелёным, а аметист — фиолетовым?

Наука и жизнь
Отчаяние и бессилие: есть ли выход? Отчаяние и бессилие: есть ли выход?

Как жить дальше, если совсем нет сил?

Psychologies
Профессор Эйнштейн. Распространённые ошибки его биографов Профессор Эйнштейн. Распространённые ошибки его биографов

Рассказывать о жизни Эйнштейна часто берутся люди, слабо знакомые с предметом

Наука и жизнь
Как нельзя краситься и стричься стюардессам пятизвездочных авиакомпаний Как нельзя краситься и стричься стюардессам пятизвездочных авиакомпаний

Каким бьюти-правилам должны неукоснительно следовать стюардессы

Cosmopolitan
6 привычек, которые повышают уровень сахара в крови 6 привычек, которые повышают уровень сахара в крови

Какие наши ежедневные действия могут повысить уровень сахара в крови?

Популярная механика
Что символизируют ромашки, розы и другие цветы – 60 необычных значений Что символизируют ромашки, розы и другие цветы – 60 необычных значений

Язык цветов — это не блажь и выдумки безнадежных романтиков

Cosmopolitan
Азбука привычного счастья Азбука привычного счастья

Итальянская культура еды может доставить неподготовленному человеку неудобства

Seasons of life
Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Первопроход Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Первопроход

Путешествие по Чаду на автомобилях

4x4 Club
Как режиссер Джейн Кэмпион меняет образ женщины и получает главные мировые кинопремии Как режиссер Джейн Кэмпион меняет образ женщины и получает главные мировые кинопремии

Путь Джейн Кэмпион, которая сняла свой первый полнометражный фильм за 12 лет

Forbes
Иван Мулин: «Я артист разговорного закулисного жанра» Иван Мулин: «Я артист разговорного закулисного жанра»

Иван Мулин — о том, как учился у Звягинцева и изучал архивы альпиниста Дятлова

Cosmopolitan
Простая привычка, которая поможет повысить IQ на 23% Простая привычка, которая поможет повысить IQ на 23%

Коэффициент интеллекта можно повысить — например, при помощи медитации

Psychologies
Как удалить все с компьютера без возможности восстановления Как удалить все с компьютера без возможности восстановления

Что делать, чтобы стереть информацию с компьютера полностью

CHIP
От нимфомании до От нимфомании до

Крупные фигуры, как правило, порождают легенды, соответствующие их репутации

Популярная механика
Как быстро упаковать вещи: 10 лайфхаков для экстренного переезда Как быстро упаковать вещи: 10 лайфхаков для экстренного переезда

Возьми себя в руки и продумай переезд

Playboy
10 способов избавиться от ощущения бессилия 10 способов избавиться от ощущения бессилия

Как обрести уверенность в своих силах?

Psychologies
В отпуск через космос В отпуск через космос

Каким станет транспорт будущего

РБК
Открытый свету Открытый свету

Небольшой садовый домик с летней террасой

Идеи Вашего Дома
Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу

Отрывок из книги «Красная и желтая стратегии» о том, чем опасен фокус на прибыли

Forbes
Помощь себе и планете: как вырастить детей в духе экологического минимализма Помощь себе и планете: как вырастить детей в духе экологического минимализма

Отрывок из книги Стефани Мари Сефериан «Экологически ориентированный минимализм»

Forbes
Юрий Соколов. Наша банда Юрий Соколов. Наша банда

Юрий Соколов — о своей театральной банде

Коллекция. Караван историй
Как мультики помогают говорить с детьми на сложные темы Как мультики помогают говорить с детьми на сложные темы

Как поддерживающая анимация помогает детям не бояться болезни

СНОБ
Как вести дневник — и зачем делать это прямо сейчас Как вести дневник — и зачем делать это прямо сейчас

Зачем нужен дневник и как можно его вести

Esquire
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
Как принимать решения в кризисное время: базовые практики и советы психологов Как принимать решения в кризисное время: базовые практики и советы психологов

Есть ли способ правильно принимать решения в непростое время?

Esquire
Открыть в приложении