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 все из-за меня!»: как самообвинения приводят к депрессии «Это все из-за меня!»: как самообвинения приводят к депрессии

Как чувства вины и ответственности приводят к депрессии

Psychologies
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
От юриста до аукциониста: как Аурель Бакс стал легендой часовой индустрии От юриста до аукциониста: как Аурель Бакс стал легендой часовой индустрии

Аурель Бакс — о том, почему он бросил юриспруденцию ради часовой индустрии

Forbes
Труп, который обманул Гитлера Труп, который обманул Гитлера

Непридуманная шпионская история с неожиданным участием Йена Флеминга

Дилетант
«Наше преимущество — женская логика»: Алина Манцева о женщинах в бизнесе «Наше преимущество — женская логика»: Алина Манцева о женщинах в бизнесе

Как женщинам бороться с гендерными стереотипами на работе?

Psychologies
Звук тишины Звук тишины

Шесть простых стратегий для успокоения ума

Yoga Journal
Фильмы, которые пробирают до дрожи: 20 лучших триллеров XXI века (не для слабонервных!) Фильмы, которые пробирают до дрожи: 20 лучших триллеров XXI века (не для слабонервных!)

Триллеры, которые наведут бардак в голове и спутают сознание

Популярная механика
Бегство наследника Бегство наследника

Алексей Петрович так боялся отца, что в итоге сбежал за границу

Дилетант
Дикий Запад: причины успеха, гениальности и безумия Канье Уэста Дикий Запад: причины успеха, гениальности и безумия Канье Уэста

Почему безумие и гениальность — это две стороны одной медали Канье Уэста

Forbes
Палеолитическая стоянка Три Скалы оказалась базовым охотничьим лагерем Палеолитическая стоянка Три Скалы оказалась базовым охотничьим лагерем

Ученые изучили материалы из Забайкалья, древнейшим из которых около 30 тысяч лет

N+1
7 причин заправлять постель каждый день по мнению ученых 7 причин заправлять постель каждый день по мнению ученых

Зачем заправлять кровать? Причины, обнаруженные психологами

ТехИнсайдер
Концепция чёрного Концепция чёрного

Насыщенная палитра интерьера этого таунхауса поражает воображение

Идеи Вашего Дома
Искусство жить Искусство жить

Интерьер, который балансирует между классикой и авангардом

SALON-Interior
Как нам выдерживать неопределенность Как нам выдерживать неопределенность

Как жить, если теряешь уверенность в завтрашнем дне?

Psychologies
Если вы трогали эти предметы – помойте руки! 10 крайне негигиеничных вещей Если вы трогали эти предметы – помойте руки! 10 крайне негигиеничных вещей

На некоторых вещах микробов в сотни раз больше, чем в общественном туалете

Популярная механика
«У меня закончились все подружки»: вторая жена Михаила Круга о его ревности «У меня закончились все подружки»: вторая жена Михаила Круга о его ревности

Марина Базанова рассказала о семейной жизни с Михаилом Кругом

Cosmopolitan
Природные энергетики: 10 натуральных заменителей энергетических напитков Природные энергетики: 10 натуральных заменителей энергетических напитков

Хотим вас порадовать: кофе – не единственный способ взбодриться

Популярная механика
Эволюция экскаваторов Эволюция экскаваторов

Строитель будущего будет управлять экскаватором не выходя из дома

Популярная механика
Тайны жизни и смерти Майкла Джексона: от цвета кожи до привидений Тайны жизни и смерти Майкла Джексона: от цвета кожи до привидений

Имя Майкла Джексона связывают с множеством загадок и мистикой

VOICE
Под монголоидной погребальной маской из Хакасии оказался таштыкец-европеоид Под монголоидной погребальной маской из Хакасии оказался таштыкец-европеоид

Антропологи исследовали мумифицированные останки древнего сибиряка

N+1
Почему дружескую беседу стоит прерывать раньше, чем мы привыкли: мнение ученых о вежливости Почему дружескую беседу стоит прерывать раньше, чем мы привыкли: мнение ученых о вежливости

Большинство участников дружеской беседы хотят, чтобы она закончилась поскорее

ТехИнсайдер
Ангельское число 666: что оно означает и почему его не нужно бояться Ангельское число 666: что оно означает и почему его не нужно бояться

Что означает число 666 и как действовать, если ты стала слишком часто его видеть

Cosmopolitan
Сабина Ахмедова: «Мне необходимо иногда быть одной» Сабина Ахмедова: «Мне необходимо иногда быть одной»

Сабина Ахмедова рассказала о любимых актерах, работе мечты, Золушке и мышах

Cosmopolitan
План побега: как уйти из ситуации домашнего насилия План побега: как уйти из ситуации домашнего насилия

Памятка, которая поможет справиться с домашним насилием

Psychologies
«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 принимать решения совместно Как принимать решения совместно

Что делать, если каждый тянет «одеяло» на себя

Psychologies
Это всего лишь конец света... Это всего лишь конец света...

Памяти Гаспара Ульеля – актера, философа, эстета

Playboy
Трава дачного уюта Трава дачного уюта

Стоит только подумать о лесных травах, и сныть вспоминается, пожалуй, первой

Наука и жизнь
Не могу остановиться: как перестать много есть на нервной почве Не могу остановиться: как перестать много есть на нервной почве

Что такое эмоциональное переедание и как с ним справиться?

Cosmopolitan
Открыть в приложении