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

Механизмы зрения: наука и жизнь Механизмы зрения: наука и жизнь

С чего начинается зрение?

Наука и жизнь
5 причин посмеяться на работе 5 причин посмеяться на работе

Чувство юмора может быть полезным!

Psychologies
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
20 ответов на простые вопросы о сексе 20 ответов на простые вопросы о сексе

Честные ответы на самые простые вопросы про это

Playboy
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
Пластика груди Пластика груди

Пластика груди часто проводится не только ради красоты

Лиза
Такси на конной тяге Такси на конной тяге

История городского транспорта России XIX-XX века

Дилетант
Юрий Соколов. Наша банда Юрий Соколов. Наша банда

Юрий Соколов — о своей театральной банде

Коллекция. Караван историй
Кошачьи сходства, собачьи различия Кошачьи сходства, собачьи различия

Почему собачьих пород намного больше, чем кошачьих?

Наука и жизнь
Как современный катализатор может убить твой двигатель Как современный катализатор может убить твой двигатель

Катализатор газов: экологический прорыв или смерть для двигателя?

Maxim
«У меня закончились все подружки»: вторая жена Михаила Круга о его ревности «У меня закончились все подружки»: вторая жена Михаила Круга о его ревности

Марина Базанова рассказала о семейной жизни с Михаилом Кругом

Cosmopolitan
Солярий Солярий

Стоит ли пользоваться солярием? Взвешиваем все "за" и "против"

Здоровье
10 животных, чей кал полезнее, чем кажется 10 животных, чей кал полезнее, чем кажется

Всему есть свое место в природе. Неужели, утилизировать можно даже экскременты?

Популярная механика
Так ли безобидны? Когда капли для глаз могут навредить Так ли безобидны? Когда капли для глаз могут навредить

Многие используют капли при любом дискомфорте глаз. А безопасно ли это?

Лиза
Вот что бывает, когда встаешь пьяным за штурвал: кто виноват в гибели советской подлодки С-178 Вот что бывает, когда встаешь пьяным за штурвал: кто виноват в гибели советской подлодки С-178

С момента окончания Великой Отечественной Россия не вела вoйн на море

Популярная механика
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
Под матрас или в банку? Под матрас или в банку?

Где лучше хранить деньги в доме: изучили основные правила фэншуй

Лиза
Самая крупная органическая молекула, найденная в зародыше планеты: что это и откуда в космосе берется органика? Самая крупная органическая молекула, найденная в зародыше планеты: что это и откуда в космосе берется органика?

Почему большая органическая молекула в космосе взбудоражила ученых?

Популярная механика
Инвазивных пауков уличили в охоте на британских летучих мышей Инвазивных пауков уличили в охоте на британских летучих мышей

Как инвазивные виды пауков нарушают экосистемы

N+1
Как ухаживать за замшевой обувью: простая инструкция Как ухаживать за замшевой обувью: простая инструкция

Как чистить и хранить замшевые ботинки

Esquire
Как почистить MacBook перед продажей: удаляем личные данные правильно Как почистить MacBook перед продажей: удаляем личные данные правильно

Как удалить персональные данные и сбросить настройки MacBook?

Популярная механика
Семейные ценности Семейные ценности

Джейми Дорнан — о важности картины Кеннета Браны «Белфаст»

Grazia
Физики получили ионизированные молекулы при температуре в несколько микрокельвинов Физики получили ионизированные молекулы при температуре в несколько микрокельвинов

Флуоресценция ионов иттербия может служить точным сенсором концентрации димеров

N+1
«Ожившая» Диана и голая беременная Мур: 8 самых провокационных обложек в истории «Ожившая» Диана и голая беременная Мур: 8 самых провокационных обложек в истории

Порой снимки, попадающие в журналы, получаются кричащими и неоднозначными

Cosmopolitan
Скромная кудрявая капуста, ставшая модным салатом кейл Скромная кудрявая капуста, ставшая модным салатом кейл

Салатом «кейл» называют листовую капусту без кочана

Наука и жизнь
Когда что-то пошло не так Когда что-то пошло не так

Не всегда наши ожидания от бьюти-процедур совпадают с реальностью

Домашний Очаг
Египтологи нашли в Саккарском некрополе гробницы высокопоставленных чиновников Египтологи нашли в Саккарском некрополе гробницы высокопоставленных чиновников

Египтологи нашли новые памятники, относящиеся к III тысячелетию до нашей эры

N+1
Почему российским солдатам запретили носить каски в Первую мировую? Отвечает Николай II Почему российским солдатам запретили носить каски в Первую мировую? Отвечает Николай II

В Первой мировой никто даже не задумывался о практичности металлической каски

Популярная механика
Топ-10 компьютерных игр, которым срочно нужен ремейк Топ-10 компьютерных игр, которым срочно нужен ремейк

Вспоминаем любимые игры из детства, которые было бы неплохо обновить

Maxim
Как покупали и чинили иномарки в СССР Как покупали и чинили иномарки в СССР

Как чувствовали себя владельцы иномарок в СССР?

Maxim
Открыть в приложении