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

Свет и блеск Достоевского Свет и блеск Достоевского

Тернистый путь, пройденный Фёдором Михайловичем Достоевским

Наука и жизнь
«Земля принадлежит российскому народу, он является верховным собственником» «Земля принадлежит российскому народу, он является верховным собственником»

О мировых тенденциях и продовольственной безопасности России

Forbes
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Оттенки зеленого Оттенки зеленого

Электрокары: такие ли они «зеленые», как об этом говорят?

Playboy
Шоу должно продолжаться Шоу должно продолжаться

Самые интересные премьеры Женевского автосалона

Популярная механика
Смесь атомов и света поможет сфокусировать лазер на световом парусе Смесь атомов и света поможет сфокусировать лазер на световом парусе

Работа ученых может в помочь фокусировать лазерный луч на световой парус

N+1
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
9 художников, в которых стоит инвестировать время, внимание и любовь 9 художников, в которых стоит инвестировать время, внимание и любовь

За кем следить и что искать на арт-рынке

РБК
Такси на конной тяге Такси на конной тяге

История городского транспорта России XIX-XX века

Дилетант
Ангельская нумерология: что означает число 222 — подробная расшифровка Ангельская нумерология: что означает число 222 — подробная расшифровка

Какие скрытые смыслы таит в себе число 222?

Cosmopolitan
Дело вкуса Дело вкуса

Почему люди выбирают сознательные ограничения в питании, связанные с религией?

Seasons of life
8 опасных привычек, которые повышают риск деменции 8 опасных привычек, которые повышают риск деменции

Если хотите сохранить ясность ума до старости, откажитесь от этих привычек

Популярная механика
Как устроить родственника в пансионат для пожилых людей: 5 шагов Как устроить родственника в пансионат для пожилых людей: 5 шагов

Что нужно сделать, чтобы подготовить родственника к переезду в пансионат?

Psychologies
Как найти общий язык интроверту и экстраверту? Как найти общий язык интроверту и экстраверту?

Как общаться с человеком, если у вас разные взгляды на отношения?

Здоровье
15 лучших психологических триллеров всех времен и народов 15 лучших психологических триллеров всех времен и народов

Психологических триллеры, полные неожиданных сюжетных линей и персонажей

Cosmopolitan
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
«Юмор из моей жизни никуда не делся» «Юмор из моей жизни никуда не делся»

Интервью с актрисой Марией Кравченко, звездой сериала «Полярный 2»

OK!
«Если вы идёте сквозь ад — не останавливайтесь». Что говорят руководители своим сотрудникам в начале нового кризиса «Если вы идёте сквозь ад — не останавливайтесь». Что говорят руководители своим сотрудникам в начале нового кризиса

Мы собрали несколько сильных обращений руководителей к своим командам

Inc.
Как нам выдерживать неопределенность Как нам выдерживать неопределенность

Как жить, если теряешь уверенность в завтрашнем дне?

Psychologies
С машинами на одном языке: как компьютеры «слышат» музыку и для чего используют этот навык С машинами на одном языке: как компьютеры «слышат» музыку и для чего используют этот навык

Как искусственный интеллект работает со звуком

Популярная механика
Ко всем — нежно: как наладить отношения в паре. Интервью с психологом Ко всем — нежно: как наладить отношения в паре. Интервью с психологом

С какими трудностями встречаются влюбленные и как их правильно решать

РБК
В раме – целый мир В раме – целый мир

Кажется, у Кати Абламской волшебные нити — из самого сердца земли

Seasons of life
Любовь или расставание? Что символизируют розы разного цвета – 30 значений Любовь или расставание? Что символизируют розы разного цвета – 30 значений

Есть множество сортов роз разного цвета, каждый из которых имеет свое значение

Cosmopolitan
Секреты мастеров Секреты мастеров

Путешествие по городам ремесел – неисчерпаемый источник вдохновения

Лиза
7 универсальных растений для сада и не только: дачный сезон 7 универсальных растений для сада и не только: дачный сезон

Самые неприхотливые растения для участков, где ничего не хочет расти

Популярная механика
Леонид Барац: «Квартет И» не заработал столько денег, чтобы мы стали состоятельными пенсионерами» Леонид Барац: «Квартет И» не заработал столько денег, чтобы мы стали состоятельными пенсионерами»

Можем ли мы, мужчины, не повернуть голову, когда мимо идет красивая девушка?

Караван историй
Анна Варпаховская. Ангел навынос Анна Варпаховская. Ангел навынос

Удивительно, но Анна Варпаховская за сорок лет не слишком изменилась

Коллекция. Караван историй
Дело всей жизни Дело всей жизни

Ярославская область – лидер по количеству частных музеев в России

Отдых в России
Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики

Необычный медальон нашли во время раскопок остатков дома начала XIII века

N+1
Открыть в приложении