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

Если на месте не сидится Если на месте не сидится

Все существа, начиная с самых первых, неустанно пытались обрести движение

Наука и жизнь
Елена Лашкова Елена Лашкова

Совладелица легендарной инженерной компании «ГЕОИЗОЛ»

Собака.ru
Когда врачи и пациенты на одной стороне Когда врачи и пациенты на одной стороне

Алгоритм для контроля качества оказываемой помощи

Санкт-Петербургский университет
Городские хищные птицы оказались мелкими и неспециализированными Городские хищные птицы оказались мелкими и неспециализированными

В городах селятся пернатые хищники весом меньше килограмма

N+1
Переходи на зеленый Переходи на зеленый

Мода на экосексуальность и привычки, полезные для тебя и для природы

Лиза
Оцени уровень стресса, который ты испытываешь сейчас: инструкция от психолога Оцени уровень стресса, который ты испытываешь сейчас: инструкция от психолога

Стоит остановиться и подумать о своем здоровье и эмоциональном состоянии

Cosmopolitan
Психология зла: почему так легко быть троллем и заниматься кибербуллингом Психология зла: почему так легко быть троллем и заниматься кибербуллингом

Отрывок из книги «Психология зла. Почему человек выбирает темную сторону»

Forbes
Трудоголизм: полезный навык или признак зависимости? Трудоголизм: полезный навык или признак зависимости?

Как вовремя распознать признаки трудоголизма, не навредив себе и близким

Psychologies
Первая брачная ночь: самые дикие обычаи в мире Первая брачная ночь: самые дикие обычаи в мире

Про право первой ночи ты и так наверняка знаешь, но, это еще не самое ужасное!

VOICE
Как не пропустить аппендицит Как не пропустить аппендицит

Как может «маскироваться» аппендицит

Лиза
Перспективы строительной отрасли Перспективы строительной отрасли

Независимость от импорта может вывести строительную отрасль в лидеры экономики

СНОБ
Какие машины выпускают в Северной Корее: «Свисток», «Кукушка» и другие Какие машины выпускают в Северной Корее: «Свисток», «Кукушка» и другие

Как устроена автомобильная реальность Северной Кореи

РБК
50 цитат о настоящей любви 50 цитат о настоящей любви

Такое сильное и сложное чувство, как любовь, бывает трудно выразить словами

Cosmopolitan
Гении маскировки: 7 животных с неповторимым камуфляжем Гении маскировки: 7 животных с неповторимым камуфляжем

Порой, то, что кажется «красивым окрасом», является настоящим охотничьим оружием

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
Вести из лабораторий Вести из лабораторий

Важнейший этап геологоразведки — изучение состава руд и рудных материалов

Наука и жизнь
Известняк для Венеры Виллендорфской добыли в Северной Италии Известняк для Венеры Виллендорфской добыли в Северной Италии

Ученые исследовали палеолитический артефакт, найденный более ста лет назад

N+1
Как создавался Pathfinder? Десять вопросов Старшему директору по дизайну Nissan Как создавался Pathfinder? Десять вопросов Старшему директору по дизайну Nissan

Разговор с человеком, работавшим над созданием нового Nissan Pathfinder

4x4 Club
Российские ученые улучшили вентилятор, который повысит безопасность шахтеров Российские ученые улучшили вентилятор, который повысит безопасность шахтеров

От надёжной работы системы проветривания полностью зависит безопасность шахты

Популярная механика
Откуда такие цены? Откуда такие цены?

Как формируются цены на гостиничные номера

СНОБ
Супермаркет Chanel и демоны Маккуина: 5 показов, которые заставят задуматься Супермаркет Chanel и демоны Маккуина: 5 показов, которые заставят задуматься

Модные показы превратились в скандальные и противоречивые перформансы

Cosmopolitan
«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
Внутри Пушкина Внутри Пушкина

«Поэзия есть искусство границ, и никто не знает этого лучше, чем русский поэт»

Seasons of life
Так, как надо Так, как надо

Сегодня действительно время Артёма Быстрова

OK!
Мгновение славы: участники телешоу, которые умерли после проекта Мгновение славы: участники телешоу, которые умерли после проекта

Порой мимолетное появление на экране становится ошибкой и приводит к трагедии

VOICE
Политически и идеологически разобщенные: какое место в мировой политике занимают страны Латинской Америки Политически и идеологически разобщенные: какое место в мировой политике занимают страны Латинской Америки

Найдут ли страны Латинской Америки свой голос?

Esquire
Чем заменить сахар? Чем заменить сахар?

Природные заменители сахара

Maxim
Со сцены на фронт: какие актрисы СССР воевали во время Великой Отечественной Со сцены на фронт: какие актрисы СССР воевали во время Великой Отечественной

Мало кто подозревает, через что прошли эти девушки, прежде чем блистать в кино

Cosmopolitan
Шутки в сторону! Почему Жириновский на самом деле не так прост Шутки в сторону! Почему Жириновский на самом деле не так прост

Владимир Жириновский — нереалистичный или гениальный?

Cosmopolitan
Не просто специя: польза пажитника для красоты и здоровья Не просто специя: польза пажитника для красоты и здоровья

Чем полезен пажитник и как его принимать?

Cosmopolitan
Открыть в приложении