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

Хранители Хранители

Как буйволы стали национальным достоянием Индонезии

Вокруг света
Зачем человечеству ракеты с ядерным двигателем: покорить космос безопасно и быстро Зачем человечеству ракеты с ядерным двигателем: покорить космос безопасно и быстро

Работа над ракетами следующего поколения уже началась

ТехИнсайдер
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Что чувствует адвокат, защищая виновного? Рассказ юриста Что чувствует адвокат, защищая виновного? Рассказ юриста

Вокруг адвокатской деятельности немало мифов

Psychologies
Кругом налево Кругом налево

Как в России относятся к неверности?

Огонёк
В поисках винтажа: семь самых известных блошиных рынков мира В поисках винтажа: семь самых известных блошиных рынков мира

Потому что шопинг — это не только торговые центры

Playboy
Антифашисты в немецких мундирах Антифашисты в немецких мундирах

Заговор против Гитлера окончился двойной неудачей

Дилетант
В смартфон встроили анаморфный объектив и вытянутую матрицу В смартфон встроили анаморфный объектив и вытянутую матрицу

Модуль камеры для смартфонов с анаморфной и перископической оптической системой

N+1
Такси на конной тяге Такси на конной тяге

История городского транспорта России XIX-XX века

Дилетант
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
11 правил хорошей смерти 11 правил хорошей смерти

Что мы можем сделать для того, чтобы завершить свою жизнь достойно?

Psychologies
Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу Жить прошлым: почему фокус на получении прибыли может навредить бизнесу

Отрывок из книги «Красная и желтая стратегии» о том, чем опасен фокус на прибыли

Forbes
Какие роботы сейчас популярны? Нейросети, распознавание эмоций, навигация и другие тренды робототехники Какие роботы сейчас популярны? Нейросети, распознавание эмоций, навигация и другие тренды робототехники

Разбираемся в главных вызовах робототехнической индустрии

Популярная механика
Открытый свету Открытый свету

Небольшой садовый домик с летней террасой

Идеи Вашего Дома
12 фильмов о беженцах и беженстве 12 фильмов о беженцах и беженстве

Фильмы о людях, живущих в переломные времена, людях, у которых больше нет места

Weekend
Убийца — садовник? 10 детективов, которые отлично тренируют мозг Убийца — садовник? 10 детективов, которые отлично тренируют мозг

Детективные истории дают нам возможность ответить на этот вопрос раньше сыщика

VOICE
От нимфомании до От нимфомании до

Крупные фигуры, как правило, порождают легенды, соответствующие их репутации

Популярная механика
Долой стереотипы! Долой стереотипы!

Неординарный интерьер в двухуровневой квартире на Патриарших прудах

SALON-Interior
Как грамотно выбирать онлайн-курсы Как грамотно выбирать онлайн-курсы

На что обратить внимание при выборе дистанционного дополнительного образования

СНОБ
Как восстановить удаленные сообщения ВКонтакте? Как восстановить удаленные сообщения ВКонтакте?

Gростые методы восстановления удаленных сообщений в VK

CHIP
Твой дорогой блонд: 5 правил для идеального окрашивания Твой дорогой блонд: 5 правил для идеального окрашивания

Что собой представляет дорогой блонд и как можно добиться такого эффекта

VOICE
8 вещей родом из СССР, которые актуальны и сегодня 8 вещей родом из СССР, которые актуальны и сегодня

Вещи родом из СССР, часть из которых наверняка пылится где-то у тебя дома

Cosmopolitan
Загнанных лошадей пристреливают. В прокат выходит «Мания», завоевавшая призы на престижных американских кинофестивалях Загнанных лошадей пристреливают. В прокат выходит «Мания», завоевавшая призы на престижных американских кинофестивалях

«Мания» разрушает честной прямолинейностью — чем и заслуживает внимание

СНОБ
Саранчу пора спасать от вымирания Саранчу пора спасать от вымирания

Глобальное потепление меняет биоразнообразие на Земле

Наука и жизнь
Плоская медная поверхность не окислилась за год Плоская медная поверхность не окислилась за год

Пленки на подложке из оксида алюминия очень устойчивы к окислению

N+1
Все о мигрени: современные способы профилактики головной боли Все о мигрени: современные способы профилактики головной боли

Мигрень: какие лекарства действительно работают, а какие – нет

Популярная механика
Как искусство осмысляло травму войны Как искусство осмысляло травму войны

Как менялся изобразительный язык войны и ее осмысление в искусстве

Weekend
Пища из насекомых поможет создать безотходное сельское хозяйство Пища из насекомых поможет создать безотходное сельское хозяйство

Насекомые - отличный источник белка

Популярная механика
Марина Краснова Марина Краснова

В школе Марине Красновой прочили карьеру переводчика, а она предпочла физмех

Собака.ru
«Dyson в мире ламп»: история светильников Anglepoise, дизайн которых почти не менялся 80 лет «Dyson в мире ламп»: история светильников Anglepoise, дизайн которых почти не менялся 80 лет

Лампа, которую использовала для своей заставки студия Pixar

VC.RU
Открыть в приложении