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

Сказка об утраченных глаголах, или Как торопиться, да не оторопеть Сказка об утраченных глаголах, или Как торопиться, да не оторопеть

Понять, как в сочетании слов проговаривается нечто большее

Наука и жизнь
Отрицать, забыть, подавлять: как работает механизм психологической защиты Отрицать, забыть, подавлять: как работает механизм психологической защиты

Может ли психологическая защита оказать негативное влияние?

Forbes
Кис-кис в каплях Кис-кис в каплях

Обычная вода может превратиться в перекись водорода

Наука и жизнь
Тиндер для бизнеса Тиндер для бизнеса

Компании могут быстро находить аналог импорту и заключать сделки

Эксперт
«Чего не сделали готы, то сделали скόты» «Чего не сделали готы, то сделали скόты»

Мраморы Элджина — жемчужина коллекции Британского музея

Дилетант
«Макаки с коекаками» «Макаки с коекаками»

Информационная война шла на всём протяжении реальной Русско-японской войны

Дилетант
Нейтрино ловят на глубине Нейтрино ловят на глубине

Как выглядят современные нейтринные детекторы

Наука и жизнь
Бессмертная Миранда Бессмертная Миранда

Миранда была открыта нидерландским и американским астрономом Джерардом Койпером

Наука и жизнь
Женщины-ученые, изменившие мир: невероятные открытия неслабого пола Женщины-ученые, изменившие мир: невероятные открытия неслабого пола

Яркие представительницы научного сообщества, внесшие вклад в развитие науки

Популярная механика
На чем настаивать самогон? Семь убойных рецептов На чем настаивать самогон? Семь убойных рецептов

Необычные рецепты настоек и ликеров

Maxim
Пограничное расстройство личности: в чем его причина? Пограничное расстройство личности: в чем его причина?

ПРЛ было и остается одним из наиболее стигматизированных состояний

Psychologies
Велосипеды СССР, часть 1: золотое детство Велосипеды СССР, часть 1: золотое детство

Какие детские велосипеды были в СССР

Maxim
Мистер Экс Мистер Экс

Возвращаются однажды все – и те, кого мы бросаем, и те, кто сам гордо ушел

Cosmopolitan
Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности

Чем отличаются топливные форсунки двигателя и как чаше всего ломаются?

РБК
Не пустой звук Не пустой звук

34 миллиона детей по всему миру страдают от проблем со слухом

Harper's Bazaar
Смешать, но не взбалтывать Смешать, но не взбалтывать

10 главных метавселенных: описание и перспективы

Цифровой океан
5 способов быстро сварить свеклу, сохранив все витамины 5 способов быстро сварить свеклу, сохранив все витамины

Как быстро сварить свёклу, чтобы она не потеряла своих полезных свойств

Популярная механика
Свистать всех в кино Свистать всех в кино

История пиратства в России, или История России в пиратстве

Esquire
Палеопатологи просветили две древнеегипетские мумии из «Долины Царей» Палеопатологи просветили две древнеегипетские мумии из «Долины Царей»

Палеопатологи исследовали две египетские мумии времен XVIII и XXII династий

N+1
Расставим границы Расставим границы

Что такое границы современного мира? Способ его упорядочить или разделить людей?

Seasons of life
Саранчу пора спасать от вымирания Саранчу пора спасать от вымирания

Глобальное потепление меняет биоразнообразие на Земле

Наука и жизнь
Что посеем… Что посеем…

Какой вектор развития выберет российский агропром на ближайшие годы

РБК
На останках жителей Чатал-Хююка нашли минеральные пигменты На останках жителей Чатал-Хююка нашли минеральные пигменты

Ученые исследовали природные пигменты, обнаруженные на древнем памятнике

N+1
Oxitec испытала генный драйв против гусениц Oxitec испытала генный драйв против гусениц

Компания Oxitec испытала технологию для борьбы с кукурузными листовыми совками

N+1
Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд? Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд?

Как понять, что стыд мешает вам жить? Возможно ли исцеление от него?

Psychologies
Плюс один Плюс один

«Покупка» младенца или единственный способ иметь биологического ребенка?

Grazia
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
Не друг и не враг: какова изнанка отношений Турции и России и каким видит Стамбул свое место на политической карте мира? Не друг и не враг: какова изнанка отношений Турции и России и каким видит Стамбул свое место на политической карте мира?

Турция для России — больше, чем сосед; немногим меньше, чем близкий родственник

Esquire
Грязь под крышей мира Грязь под крышей мира

Что ждет Катманду в ближайшем будущем?

Вокруг света
Уникальные зедонки и прочие зеброиды: какие они, гибриды зебр и других лошадиных Уникальные зедонки и прочие зеброиды: какие они, гибриды зебр и других лошадиных

Гибриды зебр: разбираемся, кто кому кто в межпородовых семьях

Популярная механика
Открыть в приложении