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

Иммунные «электрики» мозга Иммунные «электрики» мозга

Чем нейроны похожи на электрические провода

Наука и жизнь
Как советская девушка попала в гарем: удивительная история Клавдии Рыбиной Как советская девушка попала в гарем: удивительная история Клавдии Рыбиной

Брак с иностранцем для многих жительниц СССР был мечтой

Cosmopolitan
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Как не дать обмануть себя при покупке квартиры. Советы риелторов Как не дать обмануть себя при покупке квартиры. Советы риелторов

Как приобрести квартиру и не попасться на уловки мошенников

СНОБ
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Для любимых: 5 книг к Международному женскому дню Для любимых: 5 книг к Международному женскому дню

Книги, которые помогут поверить в себя и выйти на новый уровень жизни

Популярная механика
С распахнутыми глазами С распахнутыми глазами

Говоря о Вальтере Скотте, мы часто употребляем слово «первый»

Дилетант
Трудоголизм: полезный навык или признак зависимости? Трудоголизм: полезный навык или признак зависимости?

Как вовремя распознать признаки трудоголизма, не навредив себе и близким

Psychologies
Драгоценное зернышко Драгоценное зернышко

Золотодобыча в современных условиях

Популярная механика
5 советов, как отучить собаку лаять без повода 5 советов, как отучить собаку лаять без повода

Реально ли перевоспитать своего громкого питомца и отучить его постоянно лаять?

Лиза
Пионер технического прогресса Пионер технического прогресса

Андрей Нартов — личный токарь Петра Великого, изобретатель, педагог и художник

Дилетант
Двенадцать продуктов, богатых цинком Двенадцать продуктов, богатых цинком

Зачем нужен цинк и какие продукты помогут его восполнить?

Здоровье
Вячеслав Заренков Вячеслав Заренков

В домах, построенных бизнесменом в Петербурге, живет почти 300 тысяч человек

Собака.ru
Повелители рек Повелители рек

Плотины кардинально меняют окружающий ландшафт и экосистему

Вокруг света
«Зеленые» технологии: в Россию возвращается рекуперация энергии «Зеленые» технологии: в Россию возвращается рекуперация энергии

Современных технологий — это не недавние разработки

Популярная механика
Что ждет человечество в будущем: прогноз от физика Митио Каку Что ждет человечество в будущем: прогноз от физика Митио Каку

Митио Каку рассказал о том, что по его мнению ждет человечество в будущем

Популярная механика
Моно и стерео Моно и стерео

Итальянская пара купила здание трехсотлетнего монастыря и открыла там отель

Seasons of life
20 сугубо научных фактов, о которых вы не знали: тут про «Ноздредамус», пот у бегемотов, коллективный разум и прочее 20 сугубо научных фактов, о которых вы не знали: тут про «Ноздредамус», пот у бегемотов, коллективный разум и прочее

Новая подборка удивительных сведений о мире, в котором мы живем

Популярная механика
Как был построен идеальный город Как был построен идеальный город

Город Багдад был основан халифом аль-Мансуром в 762 году. На голом месте, с нуля

Weekend
Красота без фильтров Красота без фильтров

Как полюбить себя настоящую? Что лучше – красота естественная или искусственная?

Grazia
История «Артека»: как рай советских пионеров превращался в кошмар История «Артека»: как рай советских пионеров превращался в кошмар

Каждый советский ребёнок мечтал побывать в летнем лагере «Артек»

Популярная механика
Следы на песке: история автопробега Андре Ситроена через Сахару Следы на песке: история автопробега Андре Ситроена через Сахару

Андре Ситроен и внедорожник от инженера Николая II в автопробеге через Африку

Esquire
Держим курс на весну Держим курс на весну

10 свежих идей для преображения дома

Лиза
Так, как надо Так, как надо

Сегодня действительно время Артёма Быстрова

OK!
Почему в Антарктиде нет белых медведей? Почему в Антарктиде нет белых медведей?

Почему белые медведи обитают только в Арктике?

Популярная механика
Мы живем в террариуме, а на Марсе есть жизнь: 6 теорий заговора о космосе, в которые все еще верят Мы живем в террариуме, а на Марсе есть жизнь: 6 теорий заговора о космосе, в которые все еще верят

Может и правда на Луне никто не высаживался

Playboy
Образы, рецепты и прогулки по лесу: 9 книг в подарок Образы, рецепты и прогулки по лесу: 9 книг в подарок

Какие издания книг особенно приятно дарить и получать

РБК
Любовь или расставание? Что символизируют розы разного цвета – 30 значений Любовь или расставание? Что символизируют розы разного цвета – 30 значений

Есть множество сортов роз разного цвета, каждый из которых имеет свое значение

Cosmopolitan
5 продуктов, которые помогут сбросить вес 5 продуктов, которые помогут сбросить вес

Какие продукты помогут не набирать вес и даже сбросить его

Популярная механика
5 шагов, чтобы научиться любить 5 шагов, чтобы научиться любить

Почему мы не можем терпеливо относиться к взрослым, которых любим?

Psychologies
Открыть в приложении