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
8 ранних признаков сердечного приступа, которые женщины могут игнорировать 8 ранних признаков сердечного приступа, которые женщины могут игнорировать

Как выражается сердечный приступ у женщин

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

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Антикризисное управление персоналом: 4 стратегические ошибки Антикризисное управление персоналом: 4 стратегические ошибки

Ошибки, которые легко допустить в бизнесе в период неопределенности

Inc.
Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Четкий план на завтра: как помочь людям с ментальными нарушениями преодолеть тревогу Четкий план на завтра: как помочь людям с ментальными нарушениями преодолеть тревогу

Как помочь своим родным и подопечным пережить трудный период

Forbes
Дизельный двигатель: как он устроен, его плюсы и минусы Дизельный двигатель: как он устроен, его плюсы и минусы

Что такое дизельный двигатель, чем он отличается от бензинового агрегата?

РБК
Самые таинственные звуки планеты: Ктулху пробуждается Самые таинственные звуки планеты: Ктулху пробуждается

Bloop, скрипы Bio-duck, сигнал Upsweep и другие необъяснимые звуки планеты

Популярная механика
Форменное благочестие Форменное благочестие

Простое печенье маамуль издавна объединяет неспокойный мир Ближнего Востока

Вокруг света
7 предметов, которые ни в коем случае нельзя класть в микроволновую печь 7 предметов, которые ни в коем случае нельзя класть в микроволновую печь

Что именно нельзя ставить в микроволновку и почему

Популярная механика
Избежать кассового разрыва: на что сократить расходы в период кризиса Избежать кассового разрыва: на что сократить расходы в период кризиса

В сложные времена бизнес должен сокращать расходы. Трудно понять, какие именно

Forbes
50 ошибок в общении, которые вы совершаете ежедневно 50 ошибок в общении, которые вы совершаете ежедневно

Как бы ни хотелось закрыться от мира, общаться с людьми все же приходится

Psychologies
5 одноразовых вещей, от которых необходимо избавиться прямо сейчас 5 одноразовых вещей, от которых необходимо избавиться прямо сейчас

Вещи, от которых отказаться совсем не сложно, чтобы помочь планете

Популярная механика
Увеличиваем оперативную памяти в ноутбуке: без мам, пап и сервисов Увеличиваем оперативную памяти в ноутбуке: без мам, пап и сервисов

Как увеличить объем оперативной памяти в ноутбуке

CHIP
Настоящие британские джентльмены: какими получились новые модели Bentley Настоящие британские джентльмены: какими получились новые модели Bentley

Компания Bentley представила публике сразу три новых модели

РБК
10 продуктов, которые могут храниться десятилетиями 10 продуктов, которые могут храниться десятилетиями

Подборка продуктов, которые можно купить и хранить годами

Cosmopolitan
6 книг, которые поддержат в непростое время 6 книг, которые поддержат в непростое время

Если вам не хватает опоры в реальном мире, обращайтесь к романам

Esquire
Как выжить и не сойти с ума в новой реальности Как выжить и не сойти с ума в новой реальности

Уклад жизни пошатнулся, и это касается абсолютно всех

Psychologies
42 месяца, чтобы научить ребенка общаться 42 месяца, чтобы научить ребенка общаться

Родителей беспокоит, как развивается их ребенок. Попробуем в этом разобраться

Psychologies
Беспилотники смогут разминировать минные поля с высоты птичьего полета Беспилотники смогут разминировать минные поля с высоты птичьего полета

Как дроны помогают саперам, облегчая опасную работу по устранению мин

Популярная механика
Ольга Шмитт: «Уезжайте!» Как Олега Целкова вынудили уехать за границу Ольга Шмитт: «Уезжайте!» Как Олега Целкова вынудили уехать за границу

Отрывок из книги Ольги Шмидт Suprême Soviète

СНОБ
Морская волчица Морская волчица

Света Шаповалова — это выросшая Пеппи Длинный чулок

Seasons of life
Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики

Необычный медальон нашли во время раскопок остатков дома начала XIII века

N+1
Это не фильм ужасов: муравьи-разрушители принесли с собой гриб-убийцу. Он же их и убьёт Это не фильм ужасов: муравьи-разрушители принесли с собой гриб-убийцу. Он же их и убьёт

Это не буйная фантазия сценариста-садиста, это реальность в районах Техаса

Популярная механика
Загадочная история девочки Николь Морен, которая пропала 37 лет назад Загадочная история девочки Николь Морен, которая пропала 37 лет назад

Спустя 37 лет поиски пропавшей девочки всё ещё продолжаются

Популярная механика
Владимир Комаров: история космонавта, который предчувствовал свою гибель Владимир Комаров: история космонавта, который предчувствовал свою гибель

Владимир Комаров: первый человек, погибший во время полета в космос

Популярная механика
Александр Васильев: «К Щедрину я приехал с большим пустым чемоданом» Александр Васильев: «К Щедрину я приехал с большим пустым чемоданом»

«Модный приговор» — великая школа жизни, я смог узнать многое о психологии людей

Караван историй
Эти женщины притворялись мужчинами, чтобы получить признание. Удивительные истории прошлого, которые изменили мир Эти женщины притворялись мужчинами, чтобы получить признание. Удивительные истории прошлого, которые изменили мир

Перед вами истории пяти женщин, которые помогли изменить права женщин в мире

ТехИнсайдер
Встреча в Сандунах Встреча в Сандунах

Как правильно париться, какой пар «легкий», а какой «тяжелый»?

Отдых в России
Как устроена первая в мире химическая машина Голдберга Как устроена первая в мире химическая машина Голдберга

Тестируем MEL Chemistry, удивительную химическую игрушку

Популярная механика
Открыть в приложении