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
Как работать с коллегой, которого ненавидишь — жизненные хитрости Как работать с коллегой, которого ненавидишь — жизненные хитрости

Что делать, если вы с коллегой или коллегами друг друга "не перевариваете"?

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

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
От суфражисток до профсоюзных лидеров: 5 фильмов о женской солидарности От суфражисток до профсоюзных лидеров: 5 фильмов о женской солидарности

Фильмы о героинях, которые борются за равные права с мужчинами

Forbes
Мат: посмотрим в корень Мат: посмотрим в корень

Доктор филологических наук Максим Кронгауз рассуждает о судьбе русского мата

Наука и жизнь
Ошибка с библиотекой msvcp140.dll: как от нее избавиться Ошибка с библиотекой msvcp140.dll: как от нее избавиться

Ошибка библиотеки msvcp140.dll: что это за ошибка, и как ее исправить

CHIP
Зачем насекомым хоботки? Зачем насекомым хоботки?

Насекомые приспособлены к условиям обитания лучше большинства других животных

Наука и жизнь
«Искренность после коммунизма: культурная история» «Искренность после коммунизма: культурная история»

Отрывок из книги Эллен Руттен о рефлексии в посткоммунистическом мире

N+1
Астрономы смогли предсказать вспышку в далекой галактике с точностью до четырех часов Астрономы смогли предсказать вспышку в далекой галактике с точностью до четырех часов

Вспышка в центре галактики OJ 287

N+1
10 неожиданных признаков высокого интеллекта 10 неожиданных признаков высокого интеллекта

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

Psychologies
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
Купила в универмаге: история несчастливого свадебного платья Присциллы Пресли Купила в универмаге: история несчастливого свадебного платья Присциллы Пресли

Об этой свадьбе говорил весь мир, а таблоиды восхищались платьем невесты

VOICE
Ее похитил собственный отец: чем закончилась история Элизабет Фритцль, которая провела в подвале 24 года Ее похитил собственный отец: чем закончилась история Элизабет Фритцль, которая провела в подвале 24 года

Реальная история, которая потрясла весь мир своей невообразимой жестокостью

Популярная механика
«Горький мир» «Горький мир»

Российское общество тяжело переживало последствия Русско-японской войны

Дилетант
Вальгалла и тортики: 10 фактов о фильме Вальгалла и тортики: 10 фактов о фильме

Как из самого простого сюжета "Безумного Макса" получился эмоциональный боевик

Популярная механика
Королева сердец: 5 великодушных и трогательных поступков принцессы Дианы Королева сердец: 5 великодушных и трогательных поступков принцессы Дианы

Принцессу Диану еще при жизни называли королевой сердец

Cosmopolitan
Марширующий лес, геобрекзит и другие факторы, повлиявшие на развитие нашей цивилизации Марширующий лес, геобрекзит и другие факторы, повлиявшие на развитие нашей цивилизации

Как геология Земли связана с эволюцией человека?

Популярная механика
Что произойдет с организмом, если перестать пить напитки с кофеином навсегда Что произойдет с организмом, если перестать пить напитки с кофеином навсегда

Пытаешься отказаться от кофе? Вместо 4–5 чашек чая в день пьешь чистую воду?

Cosmopolitan
«Мужчины с трудом выносили мое управление»: хроники хозяйки книжного магазина в Каире «Мужчины с трудом выносили мое управление»: хроники хозяйки книжного магазина в Каире

Как открыть свой магазин в очень строгой стране? Отрывок из мемуаров Нади Вассеф

Forbes
5 польских сериалов 5 польских сериалов

Все эти сериалы по-разному переосмысляют историю и современность

Weekend
10 рецептов от весенней хандры 10 рецептов от весенней хандры

Простые приемы против хандры, которые помогут не опускать руки

Psychologies
«Выбывшая»: сериал о миллиардере Элизабет Холмс, обманувшей всю Кремниевую долину «Выбывшая»: сериал о миллиардере Элизабет Холмс, обманувшей всю Кремниевую долину

История мошенницы и основательницы компании Theranos — сериал «Выбывшая»

Forbes
Для самых нервных: может ли магний помочь при тревоге Для самых нервных: может ли магний помочь при тревоге

Как снизить уровень стресса, в котором ты находишься? Поможет ли магний?

Cosmopolitan
Я ору: как крик помогает избавиться от боли Я ору: как крик помогает избавиться от боли

Существует ли научное подтверждение тому, что крик помогает справиться с болью?

Psychologies
В 14 нос, а в 18 — грудь: звезды, которые очень рано сделали пластику В 14 нос, а в 18 — грудь: звезды, которые очень рано сделали пластику

Звездные истории о слишком рано сделанных пластических операциях

Cosmopolitan
7 невероятных фактов о Ким Чен Ире 7 невероятных фактов о Ким Чен Ире

Ким Чен Ир изобрел гамбургер, написал 6 опер и умел кое-что еще

Maxim
Альпийская мечта Альпийская мечта

Проект в стиле шале — с террасой, балконами под крышей, мансардой и камином

Идеи Вашего Дома
Квантовая интерференция помогла проконтролировать ультрахолодную химическую реакцию Квантовая интерференция помогла проконтролировать ультрахолодную химическую реакцию

Физики показали управление скоростью химической реакции

N+1
Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения

Препарат от артрита эффективно лечит очаговую алопецию

Популярная механика
Как подключить компьютер к телевизору Как подключить компьютер к телевизору

Как использовать домашний телевизор вместо монитора?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении