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

Иммунные «электрики» мозга Иммунные «электрики» мозга

Чем нейроны похожи на электрические провода

Наука и жизнь
Сыр в масле: какие профессии в СССР были самыми денежными Сыр в масле: какие профессии в СССР были самыми денежными

Чье благосостояние в СССР было лучше, чем у остальных?

Cosmopolitan
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Почему люди копируют чужие идеи Почему люди копируют чужие идеи

Почему эволюция делает человека глупым и склонным к копированию чужих идей?

Esquire
Открытие, получившее признание через век Открытие, получившее признание через век

Владимир Буткевич первым задался проблемой соотношения бактерий

Наука и жизнь
Гений и психическое расстройство: есть ли связь? Гений и психическое расстройство: есть ли связь?

Кажется, что гениальность всегда каким-то образом связана с нарушениями психики

Psychologies
Престижная школа Престижная школа

Как сервис Educate Online зарабатывает на желании учить детей за границей

Forbes
Как стать сильнее, когда вокруг хаос: 8 рецептов антихрупкости Как стать сильнее, когда вокруг хаос: 8 рецептов антихрупкости

Кризисы неизбежны, вопрос лишь в том, каким образом они на нас влияют

Psychologies
Почему Эйнштейн не сослался на опыт Майкельсона? Почему Эйнштейн не сослался на опыт Майкельсона?

Максвелл не сомневался, что всё пространство во Вселенной заполнено эфиром

Наука и жизнь
10 самых дорогих пород кошек 10 самых дорогих пород кошек

За этих кошек люди готовы платить тысячи долларов

Популярная механика

Что такое комплекс «Панцирь-С1» и чем он интересен

Популярная механика
Человек из Петербурга Дормидошин опережает Pitti Uomo на два года вперед. Как ему это удается? Человек из Петербурга Дормидошин опережает Pitti Uomo на два года вперед. Как ему это удается?

Юрий Дормидошин первым в городе стал носить «интеллектуальные» бренды

Собака.ru
«Я потерял смысл жизни»: как быть, если последние события в мире лишили вас чего-то важного «Я потерял смысл жизни»: как быть, если последние события в мире лишили вас чего-то важного

Почему нельзя называть какие-либо утраты — неважными

Psychologies
Вячеслав Заренков Вячеслав Заренков

В домах, построенных бизнесменом в Петербурге, живет почти 300 тысяч человек

Собака.ru
Можно ли разогревать пластик в микроволновой печи Можно ли разогревать пластик в микроволновой печи

Можно ли греть еду в пластиковой посуде в микроволновке?

CHIP
Менять или ждать: водителям объяснили, когда ехать в шиномонтаж Менять или ждать: водителям объяснили, когда ехать в шиномонтаж

Когда менять зимнюю резину на летнюю и можно ли найти нужные варианты

РБК
Анна Котова-Дерябина: «Мама научила не жалеть денег на красоту» Анна Котова-Дерябина: «Мама научила не жалеть денег на красоту»

Актриса Анна Котова-Дерябина поделилась полезными бьюти-секретами

Cosmopolitan
Техасцы используют для майнинга газ — и не только зарабатывают на этом миллионы долларов, но и помогают экологии Техасцы используют для майнинга газ — и не только зарабатывают на этом миллионы долларов, но и помогают экологии

Техасцы перерабатывают газ в электричество и питают им майнинг-фермы

VC.RU
Почему нам трудно расстаться с советским прошлым? Почему нам трудно расстаться с советским прошлым?

Какие черты советского человека и сегодня мешают жить достойно

Psychologies
На волосок от смерти: как Константину Шукшину удалось вырваться из цепких лап немцев На волосок от смерти: как Константину Шукшину удалось вырваться из цепких лап немцев

Константин Шукшин не раз оказывался на волоске от смерти

Популярная механика
«Никто не хочет играть с таким ребенком» «Никто не хочет играть с таким ребенком»

Как получить тьютора в детский сад

СНОБ
История пациента Н.М., также известного как История пациента Н.М., также известного как

Как мозг Генри Молисона помог ученым раскрыть тайну памяти

Esquire
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
7 вещей, которые успешные люди успевают сделать до 7:30 утра 7 вещей, которые успешные люди успевают сделать до 7:30 утра

Семь утренних привычек, которые отличают успешных людей от простых смертных

Psychologies
Как едва не ликвидировали Сталина: провальная операция агента Таврина Как едва не ликвидировали Сталина: провальная операция агента Таврина

На самом ли деле агент немецкого "Цеппелина" хотел убить вождя?

Популярная механика
Кризис и продуктивность: как выйти из апатии и вернуть работоспособность Кризис и продуктивность: как выйти из апатии и вернуть работоспособность

Продолжительный кортизоловый стресс ухудшает память и концентрацию

Популярная механика
Авторские камео в фильмах: секретные роли в Авторские камео в фильмах: секретные роли в

Вы точно не догадывались, кто исполнял эти маленькие роли

Популярная механика
«Мужчины с трудом выносили мое управление»: хроники хозяйки книжного магазина в Каире «Мужчины с трудом выносили мое управление»: хроники хозяйки книжного магазина в Каире

Как открыть свой магазин в очень строгой стране? Отрывок из мемуаров Нади Вассеф

Forbes
Коляска-противогаз, зимний сочинский солярий и другие редкие исторические фотографии, которых вы еще не видели Коляска-противогаз, зимний сочинский солярий и другие редкие исторические фотографии, которых вы еще не видели

Сегодня же эти снимки можно рассматривать часами, не переставая удивляться

Популярная механика
Трава дачного уюта Трава дачного уюта

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

Наука и жизнь
Открыть в приложении