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

Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали Возрастные изменения у женщин: 9 проявлений, о которых вас не предупреждали

К некоторым физиологическим проявлениям возраста мы оказываемся не готовы

Популярная механика
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Как адаптивность помогает нам выжить в эпоху перемен? Как адаптивность помогает нам выжить в эпоху перемен?

Почему люди в стрессовой ситуации ведут себя совершенно по-разному?

Psychologies
Какое пиво полезнее для здоровья Какое пиво полезнее для здоровья

Может ли пиво быть полезным? И если да, то какое самое полезное?

Maxim
«Толпа фаундеров с квадратными глазами»: как Ереван стал для россиян новой Долиной «Толпа фаундеров с квадратными глазами»: как Ереван стал для россиян новой Долиной

С какими трудностями столкнулись россияне при переезде бизнеса в Армению?

Forbes
Следствие на крови Следствие на крови

Каким пыткам подвергался сын Петра I

Дилетант
Стоит ли верить гороскопам? 9 каверзных вопросов к астрологам Стоит ли верить гороскопам? 9 каверзных вопросов к астрологам

Три американских астролога комментируют современное отношение к их работе

VOICE
Агнец Божий Агнец Божий

Главный пасхальный суп по версии греческих хозяек

Вокруг света
Юрий Соколов. Наша банда Юрий Соколов. Наша банда

Юрий Соколов — о своей театральной банде

Коллекция. Караван историй
Удар, еще удар: пять актеров, которые не прочь подраться вне съемочной площадки Удар, еще удар: пять актеров, которые не прочь подраться вне съемочной площадки

Актеры, известные своей любовью подраться

Playboy
«Банкроты и ростовщики Российской империи: Долг, собственность и право во времена Толстого и  Достоевского» — отрывок из книги «Банкроты и ростовщики Российской империи: Долг, собственность и право во времена Толстого и  Достоевского» — отрывок из книги

Как родственники помогали друг другу решать финансовые проблемы и создавали их

СНОБ
Счастливые килограммы: почему мы толстеем после свадьбы Счастливые килограммы: почему мы толстеем после свадьбы

Почему после свадьбы многие женщины толстеют.

VOICE
10 смертельно опасных растений мира: природный яд, которого стоит избегать 10 смертельно опасных растений мира: природный яд, которого стоит избегать

Большинство растений кажутся безобидными, но их не стоит недооценивать

ТехИнсайдер
7 предметов, которые ни в коем случае нельзя класть в микроволновую печь 7 предметов, которые ни в коем случае нельзя класть в микроволновую печь

Что именно нельзя ставить в микроволновку и почему

Популярная механика
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
Таинственный и неуловимый свет: 25 мест, где можно увидеть северное сияние Таинственный и неуловимый свет: 25 мест, где можно увидеть северное сияние

Полярное сияние - чудо природы, которое мечтает увидеть каждый

Популярная механика
От чего отказаться при повышенном сахаре в крови: 9 запрещенных продуктов, о которых должен знать каждый От чего отказаться при повышенном сахаре в крови: 9 запрещенных продуктов, о которых должен знать каждый

Даже если уровень сахара в норме, от этих продуктов лучше отказаться

Популярная механика
Доктор Смерть: медики, которые оказались серийными убийцами Доктор Смерть: медики, которые оказались серийными убийцами

Люди, которые мечтали лечить людей, но вдруг начали убивать

VOICE
8 ошибок при составлении списка дел 8 ошибок при составлении списка дел

Составление списка задач — эффективный способ оставаться продуктивным

Psychologies
Углеродно-азотное покрытие улучшило работу никелевого анода Углеродно-азотное покрытие улучшило работу никелевого анода

Ученые получили рекордно эффективный водородный топливный элемент

N+1
4 упражнения, чтобы определить приоритеты 4 упражнения, чтобы определить приоритеты

Научитесь определять, в чем вы нуждаетесь

Psychologies
Договор об отсутствии интима: как жилось жене Альберта Эйнштейна Договор об отсутствии интима: как жилось жене Альберта Эйнштейна

Каково это — быть супругой гения? Оказывается, очень тяжело

Cosmopolitan
Четверо в лодке Т-36: невероятная история спасения советских моряков, которая потрясла весь мир Четверо в лодке Т-36: невероятная история спасения советских моряков, которая потрясла весь мир

История о четверых доблестных советских солдатах, вынесенных в открытый океан

Популярная механика
Мегалитический памятник Панория возник более 5500 лет назад Мегалитический памятник Панория возник более 5500 лет назад

Археологи уточнили возраст обнаруженных в Испании погребений

N+1
Как часто нужно повышать квалификацию IT-специалистам Как часто нужно повышать квалификацию IT-специалистам

Как специалисту развиваться в IT, чтобы оставаться на плаву

Популярная механика
Стоит ли принимать душ каждый день или это опасно: ответ дерматологов Стоит ли принимать душ каждый день или это опасно: ответ дерматологов

Дерматологи рекомендуют мыться 2 раза в неделю — вы в шоке? Мы тоже!

Популярная механика
Как справиться с тревогой и беспокойством: важные советы для тех, кто устал от потрясений Как справиться с тревогой и беспокойством: важные советы для тех, кто устал от потрясений

Что такое тревога и как взять её под контроль?

Популярная механика
Любовь во время чумы: 80 лет в Касабланке Любовь во время чумы: 80 лет в Касабланке

Почему Касабланка, фильм 1942 года, до сих пор актуален?

РБК
6 фраз, чтобы поддержать близкого в трудный период 6 фраз, чтобы поддержать близкого в трудный период

Как помочь человеку в депрессии, дать ему почувствовать, что он не один?

Psychologies
Открыть в приложении