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
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
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
10 продуктов, которые полезны для сердца 10 продуктов, которые полезны для сердца

Как правильное питание может оказать влияние на здоровье сердца

Популярная механика
Лженаука на подиуме Лженаука на подиуме

Законам моды подчиняются не только прически и наряды, но и заблуждения

Вокруг света
8 вещей родом из СССР, которые актуальны и сегодня 8 вещей родом из СССР, которые актуальны и сегодня

Вещи родом из СССР, часть из которых наверняка пылится где-то у тебя дома

Cosmopolitan
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Кит, стадо коров, офтальмологическая клиника: 10 невероятных грузов, перевезенных самолетами Кит, стадо коров, офтальмологическая клиника: 10 невероятных грузов, перевезенных самолетами

Порой встречаются примеры авиаперевозок, не поддающиеся никакой классификации

ТехИнсайдер
Самый красивый провал Apple: 20 лет проекту Cube – любимому компьютеру Стива Джобса Самый красивый провал Apple: 20 лет проекту Cube – любимому компьютеру Стива Джобса

История недооцененного сокровища Apple

GQ
10 удивительных фактов об АСМР 10 удивительных фактов об АСМР

Что вам нужно знать об ASMR?

Популярная механика
Конец фантазиям о ракетах без топлива: к чему привели испытания «невозможного» двигателя, нарушающего все законы физики Конец фантазиям о ракетах без топлива: к чему привели испытания «невозможного» двигателя, нарушающего все законы физики

Двигатель EmDrive не смог произвести ту тягу, которую ожидали его сторонники

ТехИнсайдер
Вести из лабораторий Вести из лабораторий

Важнейший этап геологоразведки — изучение состава руд и рудных материалов

Наука и жизнь
50 цитат о настоящей любви 50 цитат о настоящей любви

Такое сильное и сложное чувство, как любовь, бывает трудно выразить словами

Cosmopolitan
Британский художник Мэт Коллишоу — о метавселенной и поведении птиц Британский художник Мэт Коллишоу — о метавселенной и поведении птиц

Художник Мэтом Коллишоу — как манипулирование связано с эволюцией

РБК
Вакцина от вируса Нипах защитила обезьян через три дня после инъекции Вакцина от вируса Нипах защитила обезьян через три дня после инъекции

Разработчики вакцины от вируса Нипах проверили, как она работает на мартышках

N+1
Альфа-самки: 10 вещей, которых они не потерпят в отношениях Альфа-самки: 10 вещей, которых они не потерпят в отношениях

Что отличает альфа-женщин от остальных?

Psychologies
Что такое ультрафиолетовый свет? Что такое ультрафиолетовый свет?

Ультрафиолетовый свет помогает загорать и грозит раком кожи

Популярная механика
«Если вы идёте сквозь ад — не останавливайтесь». Что говорят руководители своим сотрудникам в начале нового кризиса «Если вы идёте сквозь ад — не останавливайтесь». Что говорят руководители своим сотрудникам в начале нового кризиса

Мы собрали несколько сильных обращений руководителей к своим командам

Inc.
Как работают текстовые психологические консультации Как работают текстовые психологические консультации

Не все из нас готовы общаться с психологом напрямую

Psychologies
«Проще сделать самой»: как такая установка вредит женщинам «Проще сделать самой»: как такая установка вредит женщинам

«Лучше сама сделаю, чем буду объснять» — звучит знакомо?

Psychologies
Что нужно есть на завтрак, чтобы похудеть: рассказывает диетолог Что нужно есть на завтрак, чтобы похудеть: рассказывает диетолог

Составить меню для полезного завтрака проще простого

VOICE
5 правил, которые помогут отложить старение на 10 лет 5 правил, которые помогут отложить старение на 10 лет

Правила, которые помогут нам не только выглядеть, но и чувствовать себя моложе

Популярная механика
Эти милые домашние животные: почему англичане обожают своих питомцев Эти милые домашние животные: почему англичане обожают своих питомцев

Хвостатые друзья даже в лучших домах Лондона — на особом положении

Популярная механика
7 факторов, которые резко увеличивают уровень сахара в крови 7 факторов, которые резко увеличивают уровень сахара в крови

Даже если у вас нет диабета, будьте осторожны с этими продуктами и привычками

Популярная механика
Похоже, мы уже целый век неправильно называем Мачу-Пикчу Похоже, мы уже целый век неправильно называем Мачу-Пикчу

Мачу-Пикчу мог получить свое название в честь простого недоразумения

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
6 отечественных фильмов, получивших «Оскар» 6 отечественных фильмов, получивших «Оскар»

Как развивались отношения отечественного кинематографа и «Оскара»

РБК
Почему женщины выбирают роль любовницы? Почему женщины выбирают роль любовницы?

Истории любовниц: они попытались разобраться в себе и своем выборе

Psychologies
12 продуктов, которые диетологи стараются есть каждый день 12 продуктов, которые диетологи стараются есть каждый день

Эти продукты сделают лучше не только нашу фигуру, но и здоровье

Популярная механика
Есть ли разница между вкусами Coca-Cola и Pepsi: великое противостояние брендов Есть ли разница между вкусами Coca-Cola и Pepsi: великое противостояние брендов

Coca-Cola или Pepsi? Различаются ли они?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении