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

Кис-кис в каплях Кис-кис в каплях

Обычная вода может превратиться в перекись водорода

Наука и жизнь
Азбука привычного счастья Азбука привычного счастья

Итальянская культура еды может доставить неподготовленному человеку неудобства

Seasons of life
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Годжи, спирулина и другие: можно ли похудеть на суперфудах Годжи, спирулина и другие: можно ли похудеть на суперфудах

Что такое суперфуды и действительно ли они так полезны?

VOICE
Зачем обоняние лёгким Зачем обоняние лёгким

Обоняние в лёгких? Это что, шутка? Вовсе нет!

Наука и жизнь
5 фраз, которые подрывают отношения 5 фраз, которые подрывают отношения

Мы произносим слова, не задумываясь о том, как они могут ранить собеседника

Psychologies
«Хьюстон, у нас проблема» «Хьюстон, у нас проблема»

Какие ужасы пришлось преодолеть экипажу «Аполлона-13», чтобы остаться в живых

Вокруг света
10 животных, чей кал полезнее, чем кажется 10 животных, чей кал полезнее, чем кажется

Всему есть свое место в природе. Неужели, утилизировать можно даже экскременты?

Популярная механика
Остров-герой Остров-герой

Прогулка по Кронштадту – закрытому военному городу с богатой историей

Отдых в России
Гимнастика для губ, которая увеличит их объем: всего 10 минут в день! Гимнастика для губ, которая увеличит их объем: всего 10 минут в день!

Упражнения помогут добиться пухлых губ. Они борются с носогубными складками!

VOICE
Как расположить к себе котиков? 10 небольших хитростей Как расположить к себе котиков? 10 небольших хитростей

Как эффективно подружиться с котиками

Популярная механика
Что делать, если вам предлагают уволиться: три совета от эксперта по HR Что делать, если вам предлагают уволиться: три совета от эксперта по HR

Как себя вести, если вам предложили написать заявление об уходе?

Inc.
10 смертельно опасных растений мира: природный яд, которого стоит избегать 10 смертельно опасных растений мира: природный яд, которого стоит избегать

Большинство растений кажутся безобидными, но их не стоит недооценивать

ТехИнсайдер
Лак вместо геля для бровей? 8 трюков визажистов, которые изменят твою жизнь Лак вместо геля для бровей? 8 трюков визажистов, которые изменят твою жизнь

Эти маленькие секреты макияжа способны кардинально изменить твою бьюти-рутину

VOICE
Гибрид материи и антиматерии в жидком гелии показал аномальное сужение спектральных линий Гибрид материи и антиматерии в жидком гелии показал аномальное сужение спектральных линий

Спектральные линии экзотического атома способны аномально сужаться

N+1
Супермаркет Chanel и демоны Маккуина: 5 показов, которые заставят задуматься Супермаркет Chanel и демоны Маккуина: 5 показов, которые заставят задуматься

Модные показы превратились в скандальные и противоречивые перформансы

Cosmopolitan
«Так я и думал: баба!» «Так я и думал: баба!»

Почему стереотипы о женщинах за рулем до сих пор работают

Домашний Очаг
10 любовных романов, которые поднимут тебе настроение 10 любовных романов, которые поднимут тебе настроение

Классические и новые любовные романы, от которых невозможно оторваться

Cosmopolitan
Умные устройства следят за вами повсюду. Что с этим делать? Умные устройства следят за вами повсюду. Что с этим делать?

Вы когда-нибудь чувствовали тянущее ощущение, что кто-то наблюдает за вами?

Популярная механика
Ольга Серябкина Ольга Серябкина

Ольга Серябкина — почему время лонгплеев не прошло и что вдохновляет музыкантов

ЖАРА Magazine
Девять забавных историй о NASA: курьезы космического агентства Девять забавных историй о NASA: курьезы космического агентства

События из жизни НАСА связаны не только с космическими достижениями

ТехИнсайдер
Микрофоны в ботинках помогут космонавтам не споткнуться на Марсе Микрофоны в ботинках помогут космонавтам не споткнуться на Марсе

При приглушенных звуках люди хуже ощущают положение своего тела в пространстве

N+1
Как ухаживать за кожей после 30 лет: подбираем средства и соблюдаем правила Как ухаживать за кожей после 30 лет: подбираем средства и соблюдаем правила

Уход за кожей после 30 должен стать тщательным. Следуй нашим советам!

VOICE
7 простых способов убрать жир с коленей 7 простых способов убрать жир с коленей

Как похудеть в коленях?

VOICE
5 вопросов, чтобы понять причины охлаждения в паре 5 вопросов, чтобы понять причины охлаждения в паре

Почему мы не всегда встречаем у партнера понимание и поддержку?

Psychologies
Внутри Пушкина Внутри Пушкина

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

Seasons of life
От чего отказаться при повышенном сахаре в крови: 9 запрещенных продуктов, о которых должен знать каждый От чего отказаться при повышенном сахаре в крови: 9 запрещенных продуктов, о которых должен знать каждый

Даже если уровень сахара в норме, от этих продуктов лучше отказаться

Популярная механика
Про интимное: как сохранить достоинство больного Про интимное: как сохранить достоинство больного

Президент фонда «Вера», о самых простых вещах, которые труднее всего заметить

Psychologies
10 неожиданных признаков высокого интеллекта 10 неожиданных признаков высокого интеллекта

По каким признакам можно отличить обладателей высокого IQ и какие есть нюансы

Psychologies
Алгоритм отследит настроение свиней по их визгу Алгоритм отследит настроение свиней по их визгу

Состояние свиней на ферме можно автоматически отследить по звукам

N+1
Открыть в приложении