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

Хранители Хранители

Как буйволы стали национальным достоянием Индонезии

Вокруг света
8 распространенных ошибок, которые вызывают морщины вокруг глаз 8 распространенных ошибок, которые вызывают морщины вокруг глаз

Кожа вокруг глаз – самая тонкая и нежная, а значит, нуждается в особом уходе

VOICE
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Как суперкомпьютеры помогают познавать окружающий мир: незаменимые машины современности Как суперкомпьютеры помогают познавать окружающий мир: незаменимые машины современности

Как эра цифровой трансформации помогает в изучении природных процессов

Популярная механика
Декоративные плоды теневого сада Декоративные плоды теневого сада

Нарядные и опасные растения теневого сада

Наука и жизнь
Как строить платонические отношения: 7 правил Как строить платонические отношения: 7 правил

Какие способы построения платонических отношений — самые надежные?

Psychologies
Чем лучше снимать стресс: водкой, вином или пивом? Чем лучше снимать стресс: водкой, вином или пивом?

Какие процессы происходят в организме после употребления алкогольных напитков?

Psychologies
36 лучших цитат об изменениях, которые помогут тебе двигаться вперед 36 лучших цитат об изменениях, которые помогут тебе двигаться вперед

Что бы ты ни делала, все твои труды будут вознаграждены, а цели - достигнуты

Cosmopolitan
Живые клетки — химики Живые клетки — химики

Природные аналоги широко известных искусственных соединений

Наука и жизнь
Как разговаривать с ребенком в трудных ситуациях: советы от медицинского психолога Как разговаривать с ребенком в трудных ситуациях: советы от медицинского психолога

Как поддержать ребенка, если в мире тревога и неопределенность?

Популярная механика
Лимонов и Нью-Йорк. 1975–1980 Лимонов и Нью-Йорк. 1975–1980

Лимонов переживает нервный срыв, пишет «Эдичку» и работает слугой миллиардера

Esquire
Что случилось с климатом: миссия знаменитого экспедиционного корабля «Метеор» Что случилось с климатом: миссия знаменитого экспедиционного корабля «Метеор»

Отрывок из книги «Что случилось с климатом»

Популярная механика
«Женщина может многое, кроме замужества»: как купчиха Морозова строила школы рабочим «Женщина может многое, кроме замужества»: как купчиха Морозова строила школы рабочим

Как Варвара Морозова открывала школы и больницы и заботилась о рабочих

Forbes
Продолжение истории Продолжение истории

Сейчас редко кто может гордиться тем, что построил дом своими руками

Идеи Вашего Дома
Отрывок из книги Алексея Иванова «Хребет России» Отрывок из книги Алексея Иванова «Хребет России»

Отрывок из книги Алексея Иванова, куда вошли сто новелл об Урале

СНОБ
«Любых денег не жалко»: как продавцы заставляют нас покупать ненужное «Любых денег не жалко»: как продавцы заставляют нас покупать ненужное

Способы воздействия на покупателя удивляют. Как избежать импульсивных расходов?

Psychologies
Как красиво подписать свадебную открытку - варианты пожеланий для разных пар Как красиво подписать свадебную открытку - варианты пожеланий для разных пар

Пытаешься решить, что написать на свадебной открытке?

Cosmopolitan
«Я потерял смысл жизни»: как быть, если последние события в мире лишили вас чего-то важного «Я потерял смысл жизни»: как быть, если последние события в мире лишили вас чего-то важного

Почему нельзя называть какие-либо утраты — неважными

Psychologies
Цвет настроения Цвет настроения

Интерьер, тяготеющий к американской классике с разными оттенками синего

Идеи Вашего Дома
Зачем ученые стреляют лазером в Луну и при чем тут гравитационные волны? Зачем ученые стреляют лазером в Луну и при чем тут гравитационные волны?

Как Луну можно использовать в качестве гигантского детектора гравитационных волн

Популярная механика
8 книг о легендарных исторических личностях: писатели, политики, механики и просто гении 8 книг о легендарных исторических личностях: писатели, политики, механики и просто гении

Книги, посвященные великим математикам, физикам, генетикам и просто светлым умам

Популярная механика
Как работали таксисты в СССР Как работали таксисты в СССР

Как жили и работали таксисты в Советском Союзе?

Maxim
5 лучших книг о человеческом мозге, которые научат вас жить осознанно 5 лучших книг о человеческом мозге, которые научат вас жить осознанно

Книги, которые помогут узнать, как устроен и функционирует человеческий мозг

Популярная механика
Думаете, если выпить пива перед вином, похмелья не будет? Думаете, если выпить пива перед вином, похмелья не будет?

Пиво перед вином не избавит вас от похмелья

Популярная механика
Ольга Серябкина Ольга Серябкина

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

ЖАРА Magazine
Пазл сложился: как Apple удалось замкнуть логистическую цепочку внутри компании Пазл сложился: как Apple удалось замкнуть логистическую цепочку внутри компании

Почему процессоры Apple — событие последних нескольких лет?

Forbes
45 трогательных цитат о маме, которые помогут тебе выразить свои чувства к ней 45 трогательных цитат о маме, которые помогут тебе выразить свои чувства к ней

Хочешь сказать маме несколько приятных слов? Тогда возьми на заметку эти цитаты

Cosmopolitan
Возможность острова Возможность острова

Фареры — это 18 небольших островов в северной части Атлантического океана

Seasons of life
На смену вирусам придут грибы: как и почему грибковые эпидемии уже скоро могут стать страшнее, чем вирусные На смену вирусам придут грибы: как и почему грибковые эпидемии уже скоро могут стать страшнее, чем вирусные

Со временем грибковые эпидемии могут оказаться не менее опасными, чем вирусные

Популярная механика
Самые популярные телеграм-каналы: список лучших Самые популярные телеграм-каналы: список лучших

Составили список интересных каналов, которые можно почитать в Telegram

ТехИнсайдер
Открыть в приложении