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

Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Различий в субъективных переживаниях от ЛСД и псилоцибина почти не нашлось Различий в субъективных переживаниях от ЛСД и псилоцибина почти не нашлось

Как различается эффект ЛСД и псилоцибина?

N+1
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
«Паки, паки, иже херувимы»: переводим на русский все непонятные фразы из фильма «Иван Васильевич меняет профессию» «Паки, паки, иже херувимы»: переводим на русский все непонятные фразы из фильма «Иван Васильевич меняет профессию»

Гайдай в фильме сохранил выражения и слова на старославянском языке

Популярная механика
Убийца №3. Эволюция микробов против фармацевтики Убийца №3. Эволюция микробов против фармацевтики

Почему фармацевтика не может догнать эволюцию бактерий

СНОБ
Эмиграция: что бы вы сказали себе перед отъездом? Эмиграция: что бы вы сказали себе перед отъездом?

Наши герои, когда-то выбравшие эмиграцию, на удивление единодушны в ответах

Psychologies
Трижды безземельный Трижды безземельный

Среди противников Робин Гуда нередко фигурирует сам принц Джон

Дилетант
Как принимать решения совместно Как принимать решения совместно

Что делать, если каждый тянет «одеяло» на себя

Psychologies
Оттепель: поколение гениев Оттепель: поколение гениев

Хрущёвская либерализация подарила миру целую коллекцию шедевров

Дилетант
5 ранних признаков деменции, которые не связаны с забывчивостью 5 ранних признаков деменции, которые не связаны с забывчивостью

Симптомы, которые не имеют ничего общего с привычными нам признаками деменции

Популярная механика
Как в городской квартире вырастить табак Как в городской квартире вырастить табак

Помидоры — вчерашний день. Сегодня лучше всего выращивать табак!

Maxim
«Ядерный конец света все не наступал»: почему так сложно предсказать будущее «Ядерный конец света все не наступал»: почему так сложно предсказать будущее

Книга «Прозревая будущее» Мартина ван Кревельда

Forbes
Сколько человек сейчас живёт на Земле? Сколько человек сейчас живёт на Земле?

Население мира — это оценка общего числа людей, живущих на планете

Популярная механика
Как решать конфликт с партнером по бизнесу: разбираем случай из практики Как решать конфликт с партнером по бизнесу: разбираем случай из практики

У Анастасии и Елены общий бизнес. Они обе хотят его развивать, но ссорятся

Psychologies
Конец гангстерского мира: как «Клан Сопрано» цитировал «Крестного отца» и деромантизировал мафию Конец гангстерского мира: как «Клан Сопрано» цитировал «Крестного отца» и деромантизировал мафию

Чем похожи и чем отличаются «Клан Сопрано» и «Крестный отец»

Esquire
Как великий автомобиль стал жертвой времени: необычные факты о гениальном «Трабанте» Как великий автомобиль стал жертвой времени: необычные факты о гениальном «Трабанте»

«Трабант» никогда не был идеальным, но мало кто знает, что он настоящий уникум

ТехИнсайдер
Капитан из Кёпеника: как прусский мошенник-рецидивист стал народным героем Капитан из Кёпеника: как прусский мошенник-рецидивист стал народным героем

Фридрих Вильгельм Фойгт — вор-рецидивист, взявший в командование гвардейцев

Esquire
Корова с дыркой: для чего парнокопытным делают огромное отверстие в боку Корова с дыркой: для чего парнокопытным делают огромное отверстие в боку

Как коровам облегчают процесс пищеварения

Популярная механика
Как укрепить свою психику Как укрепить свою психику

7 способов, чтобы сохранить психическое здоровье и развить силу воли

Maxim
Вакуумные флуктуации нарушили механизм квантового эффекта Холла Вакуумные флуктуации нарушили механизм квантового эффекта Холла

Как вакуумные квантовые флуктуации могут влиять на квантовый эффект Холла

N+1
Родион Галюченко: «Нужно всегда честно и прямо говорить!» Родион Галюченко: «Нужно всегда честно и прямо говорить!»

Родион Галюченко поделился с читательницами о проекте, роли и жизни

Cosmopolitan
С чего начинается Родина: как менялась идея патриотизма в России С чего начинается Родина: как менялась идея патриотизма в России

За последние сто лет в России патриотические чувства испытывали взлеты и падения

Psychologies
Время Дракона. Весеннее небо Время Дракона. Весеннее небо

Созвездие Дракона — приполярное созвездие северного полушария

Наука и жизнь
Почему в хрущевках были крохотные кухни: ты удивишься, когда узнаешь! Почему в хрущевках были крохотные кухни: ты удивишься, когда узнаешь!

И в сталинках, и в хрущевках кухни были очень небольшими — но почему так?

VOICE
Мы живем в террариуме, а на Марсе есть жизнь: 6 теорий заговора о космосе, в которые все еще верят Мы живем в террариуме, а на Марсе есть жизнь: 6 теорий заговора о космосе, в которые все еще верят

Может и правда на Луне никто не высаживался

Playboy
Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд? Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд?

Стыд имеет много обличий. Он прячется за тревогой и страхом, агрессией и злостью

Psychologies
Как починить компьютер, который стал перезапускаться? Избавляемся от проблемы самостоятельно Как починить компьютер, который стал перезапускаться? Избавляемся от проблемы самостоятельно

Почему компьютер сам перезапускается и что с этим делать

Популярная механика
В поиске красоты В поиске красоты

Один из тех «резных сундуков темных палаццо, полных непостижимых сокровищ»

Seasons of life
5 фраз, которые подрывают отношения 5 фраз, которые подрывают отношения

Мы произносим слова, не задумываясь о том, как они могут ранить собеседника

Psychologies
Русская усадьба Русская усадьба

Уклад жизни в доме под сенью хвойного леса подчинён идее единения с природой

Идеи Вашего Дома
Открыть в приложении