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
Subaru Forester. Трудности сурдоперевода Subaru Forester. Трудности сурдоперевода

Отчёт о поездке на новом Subaru Forester

4x4 Club
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Опубликована полная последовательность человеческого генома Опубликована полная последовательность человеческого генома

Молекулярные биологи закончили собирать последовательность ДНК человека

N+1
Правда земная и правда небесная Правда земная и правда небесная

«Дочка священника не может изучать это евангелие от дьявола. Вы не возражаете?»

Дилетант
Федор Федотов. Мой Федор Федотов. Мой

Федор Федотов — о победе в «Ледниковом периоде» и о «Серебряных коньках»

Коллекция. Караван историй
«Каменный цветок» среднерусских лесов «Каменный цветок» среднерусских лесов

Молодило русское и молодило шароносное — «спартанцы» растительного мира

Наука и жизнь
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
Сплошные плюсы! Сплошные плюсы!

Интервью с Евгенией Подберезкиной, четырехкратной чемпионкой мира

Maxim
От ткацкого станка к ЭВМ: кто придумал перфокарты, которые легли в основу компьютеров От ткацкого станка к ЭВМ: кто придумал перфокарты, которые легли в основу компьютеров

Перфокарты – предки дискет, дисков, винчестеров, флеш-памяти

ТехИнсайдер
Пиво для перца, молоко для огурцов и еще 10 лайфхаков для дачников Пиво для перца, молоко для огурцов и еще 10 лайфхаков для дачников

Советы для всех, кто хочет получить хороший урожай на собственном огороде

Популярная механика
Советы диетологов: как быстро сбросить лишние килограммы Советы диетологов: как быстро сбросить лишние килограммы

Всего несколько простых изменений образа жизни помогут избавиться от лишнего

Популярная механика
Ничего лишнего Ничего лишнего

Минималистичный и одновременно функциональный интерьер загородного дома

Идеи Вашего Дома
Первооткрыватели CRISPR/Cas9 остались без патента на технологию в США Первооткрыватели CRISPR/Cas9 остались без патента на технологию в США

Решение по спору между создателями системы редактирования генома CRISPR/Cas9

N+1
Квантовый квадрат Эйлера поможет cкорректировать ошибки в квантовых вычислениях Квантовый квадрат Эйлера поможет cкорректировать ошибки в квантовых вычислениях

Физики нашли квантовое решение 243-летней математической задачи

N+1
Финикийская искусственная гавань оказалась древним ритуальным бассейном Финикийская искусственная гавань оказалась древним ритуальным бассейном

Археологи нашли ритуальный бассейн финикийцев

N+1
Гидрогель с добавками хлорида лития поглотил воду из воздуха Гидрогель с добавками хлорида лития поглотил воду из воздуха

Американские материаловеды создали материал с самой высокой скоростью сорбции

N+1
Пограничное расстройство личности: в чем его причина? Пограничное расстройство личности: в чем его причина?

Что такое пограничное расстройство личности и почему оно возникает?

Psychologies
У сунгирца оказались хорошо развиты затылочные доли головного мозга У сунгирца оказались хорошо развиты затылочные доли головного мозга

Каким был головной мозг сунгирцев?

N+1
Квантовая интерференция помогла проконтролировать ультрахолодную химическую реакцию Квантовая интерференция помогла проконтролировать ультрахолодную химическую реакцию

Физики показали управление скоростью химической реакции

N+1
Не ждем, а готовимся: что делать, если вас уволили Не ждем, а готовимся: что делать, если вас уволили

Что делать, если вас незаконно уволили, и как компенсировать моральный вред

СНОБ
7 книг, которые помогут пережить трудные времена 7 книг, которые помогут пережить трудные времена

Подборка книг, которые помогут позаботиться о своем ментальном здоровье

СНОБ
Made in Russia: 5 российских брендов смартфонов Made in Russia: 5 российских брендов смартфонов

Отечественные бренды смартфонов, модели которых сегодня представлены на рынке

CHIP
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
Пионер технического прогресса Пионер технического прогресса

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

Дилетант
Все на булочке с кунжутом: 5 рецептов бургеров, которые можно приготовить дома Все на булочке с кунжутом: 5 рецептов бургеров, которые можно приготовить дома

Рецепты бургеров от шефов ресторанов

Esquire
Кто мы друг другу? Кто мы друг другу?

Соединиться душой и телом с любимым – не прихоть, а потребность

Psychologies
Археологи обнаружили древнейшие свидетельства использования охры в Восточной Азии Археологи обнаружили древнейшие свидетельства использования охры в Восточной Азии

Ученые раскопали стоянку, возраст которой около 40 тысяч лет

N+1
В режиме ожидания В режиме ожидания

Часто разница между тем, как родители любят и как это проявляют, колоссальна

Psychologies
Как и почему в СССР работали без выходных больше 10 лет Как и почему в СССР работали без выходных больше 10 лет

Что за «непрерывка» была в Советском Союзе?

Cosmopolitan
Открыть в приложении