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

Свет и блеск Достоевского Свет и блеск Достоевского

Тернистый путь, пройденный Фёдором Михайловичем Достоевским

Наука и жизнь
Самые популярные книги в жанре фантастики за последние 5 лет Самые популярные книги в жанре фантастики за последние 5 лет

Истории о далёких планетах и давно прошедших временах

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

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Отставить панику: 10 советов, как успокоиться Отставить панику: 10 советов, как успокоиться

Что еще можно сделать, чтобы избавиться от тревоги

РБК
Миротворец-империалист Миротворец-империалист

Весь период правления Никита Сергеевич отчаянно боролся за мир

Дилетант
Как мотивировать себя в момент упадка сил Как мотивировать себя в момент упадка сил

Как найти в себе силы и мотивацию, когда кажется, что их совсем не осталось

Psychologies
8 продуктов, которые стоит включить в рацион при «забитых» артериях 8 продуктов, которые стоит включить в рацион при «забитых» артериях

Их стоит есть почаще и для профилактики, и чтобы очистить пострадавшие сосуды

Популярная механика
Объективность фактов в исторических источниках: как спастись от фейков Объективность фактов в исторических источниках: как спастись от фейков

Как научиться грамотно читать источники и знать, откуда брать факты

Популярная механика
Жуки-навозники: 70 миллионов лет эволюции Жуки-навозники: 70 миллионов лет эволюции

Деятельность жуков-навозников имеет воистину планетарное значение

Наука и жизнь
Вокруг временщика Вокруг временщика

По мере атрибуции портретов иногда складываются целые группы персонажей

Дилетант
Вакуумные флуктуации нарушили механизм квантового эффекта Холла Вакуумные флуктуации нарушили механизм квантового эффекта Холла

Как вакуумные квантовые флуктуации могут влиять на квантовый эффект Холла

N+1
Я тебя вижу: как устроены карманные шпионы и почему проблема цифровой слежки масштабнее, чем кажется Я тебя вижу: как устроены карманные шпионы и почему проблема цифровой слежки масштабнее, чем кажется

Технологии могут как обеспечить приватность, так и разрушить личное пространство

Популярная механика
Имеет ли смысл считать калории и как это делать Имеет ли смысл считать калории и как это делать

Что такое норма калорий и стоит ли её занижать или завышать?

РБК
Важная фигура: что такое гештальт и зачем его закрывать Важная фигура: что такое гештальт и зачем его закрывать

О гештальттерапии, незавершенных гештальтах и пользе от их закрытия

Forbes
10 лучших комнатных деревьев, которые освежат интерьер дома 10 лучших комнатных деревьев, которые освежат интерьер дома

Домашние деревья, которые могут стать акцентным элементом интерьера

Cosmopolitan
Manizha Manizha

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

ЖАРА Magazine
Гении маскировки: 7 животных с неповторимым камуфляжем Гении маскировки: 7 животных с неповторимым камуфляжем

Порой, то, что кажется «красивым окрасом», является настоящим охотничьим оружием

Популярная механика
20 растений, которые всегда должны расти рядом: идеальная совместимость в саду 20 растений, которые всегда должны расти рядом: идеальная совместимость в саду

Растения-компаньоны или правила совместных посадок

Популярная механика
Эпохальные сцены: 12 самых необычных театров мира Эпохальные сцены: 12 самых необычных театров мира

Xтобы быть актуальнее и ближе к зрителю, театр нуждается в свежем взгляде

Вокруг света
Почему большинство популярных песен длиной в три минуты? Почему большинство популярных песен длиной в три минуты?

От чего зависит длина песен?

Популярная механика
10 самых мощных перестрелок из кинофильмов 10 самых мощных перестрелок из кинофильмов

Фильмы с пальбой и стрельбой — жанр, который можно обсуждать бесконечно

Maxim
Путь копытного: как люди одомашнили лошадь Путь копытного: как люди одомашнили лошадь

Как лошади покинули свою древнюю прародину и снова вернулись в нее одомашненными

Популярная механика
Как избавиться от храпа во сне: советы мужчинам дает врач-сомнолог Как избавиться от храпа во сне: советы мужчинам дает врач-сомнолог

Как храп влияет на здоровье и как от него избавиться?

Playboy
Как не превратить чай в яд: 6 главных ошибок Как не превратить чай в яд: 6 главных ошибок

Шесть наиболее распространенных ошибок в заваривании и подаче чая

Популярная механика
«Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть» «Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть»

До какой степени наши привычки и склонности опираются на генетику

N+1
Как разбогатеть в кризис: откладывать или тратить? Как разбогатеть в кризис: откладывать или тратить?

Можно ли заработать в кризис?

Популярная механика
Эльвира Янковская: «В жизни всё надо делать очень качественно и от сердца Эльвира Янковская: «В жизни всё надо делать очень качественно и от сердца

Эльвира Янковская знает, как из любой девушки сделать королеву

Cosmopolitan
Мультипликатор Антон Дьяков: Анимация может быть яркой, хлесткой, борзой Мультипликатор Антон Дьяков: Анимация может быть яркой, хлесткой, борзой

Интервью с мультипликатором Антоном Дьяковым

СНОБ
«Оно словно существует в мире теней»: зачем Нинья Тюберг сняла фильм о порноиндустрии «Оно словно существует в мире теней»: зачем Нинья Тюберг сняла фильм о порноиндустрии

Нинья Тюберг о том, почему табу на обсуждение порноиндустрии все еще существует

Forbes
«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
Открыть в приложении