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

Механизмы зрения: наука и жизнь Механизмы зрения: наука и жизнь

С чего начинается зрение?

Наука и жизнь
«Страхи — это наша опора»: интервью экзистенциального психотерапевта «Страхи — это наша опора»: интервью экзистенциального психотерапевта

Как составить свой личный PSY-навигатор

Psychologies
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
С чего начать половое воспитание: рассказывает врач-психотерапевт С чего начать половое воспитание: рассказывает врач-психотерапевт

В каком возрасте и что говорить ребенку о половом воспитании?

Psychologies
Фарт инженера Павлуцкого Фарт инженера Павлуцкого

В местах этих на долю человека выпадет немало испытаний

Наука и жизнь
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
Созвездие рекламы Созвездие рекламы

Почему разработчики ионных двигателей занялись проектом космической рекламы

Популярная механика
Как очистить Айфон перед продажей: подробная инструкция Как очистить Айфон перед продажей: подробная инструкция

Как правильно удалить данные с Айфона перед продажей?

CHIP
Полицейское насилие получило тройное осуждение Полицейское насилие получило тройное осуждение

В США суд присяжных признал виновным экс-полицейского Дерека Шовина

РБК
«Так я и думал: баба!» «Так я и думал: баба!»

Почему стереотипы о женщинах за рулем до сих пор работают

Домашний Очаг
Тренировка на 5 минут: как Табата помогает быстро похудеть Тренировка на 5 минут: как Табата помогает быстро похудеть

Представляем тебе систему Табата – для сильных духом

Cosmopolitan
Дорасти до начальника и зарабатывать больше: простые советы для тех, кто хочет стать профессионалом в новой сфере Дорасти до начальника и зарабатывать больше: простые советы для тех, кто хочет стать профессионалом в новой сфере

Какие универсальные навыки нужны для карьеры и как их развить?

Популярная механика
От каких фруктов стоит отказаться после 50 лет: сомнительная польза От каких фруктов стоит отказаться после 50 лет: сомнительная польза

В каких случаях фрукты могут быть вредны для тех, кто постарше?

Популярная механика
12 упражнений для ног: техника выполнения и советы тренера 12 упражнений для ног: техника выполнения и советы тренера

Упражнения, которые помогут прокачать мышцы ног

РБК
5 настоящих зомби среди насекомых 5 настоящих зомби среди насекомых

Зомби на планете Земля уже существуют

Популярная механика
Биоархеологи выяснили рацион людей из погребения в уборной римской термы Биоархеологи выяснили рацион людей из погребения в уборной римской термы

Древние люди из Шотландии питались в основном наземной пищей

N+1
Полезен для сердца, помогает худеть: 5 причин пить кофе каждый день Полезен для сердца, помогает худеть: 5 причин пить кофе каждый день

Каждый день жители планеты выпивают не менее миллиарда чашек кофе

VOICE
Премию Абеля присудили за новаторский вклад в топологию Премию Абеля присудили за новаторский вклад в топологию

Лауреатом стал американский математик Деннис Салливан

N+1
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
«Вы не должны носить брюки»: как моделей Dior собирали на первый показ в СССР «Вы не должны носить брюки»: как моделей Dior собирали на первый показ в СССР

Как Москва впервые увидела моделей Dior?

Cosmopolitan
Как работали таксисты в СССР Как работали таксисты в СССР

Как жили и работали таксисты в Советском Союзе?

Maxim
С машинами на одном языке: как компьютеры «слышат» музыку и для чего используют этот навык С машинами на одном языке: как компьютеры «слышат» музыку и для чего используют этот навык

Как искусственный интеллект работает со звуком

Популярная механика
Красноречивее слов: фотографии, ставшие символами борьбы за мир Красноречивее слов: фотографии, ставшие символами борьбы за мир

Подборка фотографий, запечатлевших моменты борьбы за мир, дружбу, любовь

Cosmopolitan
Не хлебом единым Не хлебом единым

Наш сегодняшний кулинарный герой – сэндвич: он подарил имя феномену поколения

Psychologies
Сколько отверстий в соломинке для питья? Сколько отверстий в соломинке для питья?

Есть определённые вопросы, на которые, кажется, есть ответы у всех спорщиков

Популярная механика
Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу

Отрывок из книги «Красная и желтая стратегии» о том, чем опасен фокус на прибыли

Forbes
Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали

К некоторым физиологическим проявлениям возраста мы оказываемся не готовы

Популярная механика
Краткая история немецкого искусства XX века Краткая история немецкого искусства XX века

Как Немецкие художники выступали против войны и фашизма и дорого за это платили

Weekend
Вокруг временщика Вокруг временщика

По мере атрибуции портретов иногда складываются целые группы персонажей

Дилетант
Путь на Олимп Путь на Олимп

Как возродилась древняя традиция Олимпийских игр

Вокруг света
Открыть в приложении