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

Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Поговорим как взрослые: как научиться избегать конфликтов Поговорим как взрослые: как научиться избегать конфликтов

Наши действия часто подчинены не воле, а сценарию, заложенному в детстве

Psychologies
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
5 фантастических книг о том, как человечество оказалось на грани катастрофы, но сумело спастись 5 фантастических книг о том, как человечество оказалось на грани катастрофы, но сумело спастись

Книги, в которых человечество справилось со страшными вызовами

Популярная механика
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
Эскалация конфликта: 6 способов ее избежать Эскалация конфликта: 6 способов ее избежать

Как сохранить здравомыслие в стрессовой ситуации?

Psychologies
Бессмертная Миранда Бессмертная Миранда

Миранда была открыта нидерландским и американским астрономом Джерардом Койпером

Наука и жизнь
Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения

Препарат от артрита эффективно лечит очаговую алопецию

Популярная механика
Просто товар Просто товар

Когда нефть перестанет быть нефтью?

Forbes
Как, когда и на какую нужно менять тормозную жидкость Как, когда и на какую нужно менять тормозную жидкость

Как работает тормозная жидкость, опасна ли она для вас или машины?

РБК
Солярий Солярий

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

Здоровье
Почему в Антарктиде нет белых медведей? Почему в Антарктиде нет белых медведей?

Почему белые медведи обитают только в Арктике?

Популярная механика
9 самых важных продуктов питания для людей старше 50 лет 9 самых важных продуктов питания для людей старше 50 лет

Эти продукты полезны в любом возрасте, но после 50 лет — жизненно необходимы!

Популярная механика
Возможность острова Возможность острова

Фареры — это 18 небольших островов в северной части Атлантического океана

Seasons of life
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
Как наладить контакт с партнером через прикосновения и интимную близость Как наладить контакт с партнером через прикосновения и интимную близость

Физическое удовольствие играет не последнюю роль в удовлетворенности отношениями

Psychologies
Здоровое тело: 10 привычек стройных людей, о которых мало кто знает Здоровое тело: 10 привычек стройных людей, о которых мало кто знает

Стройность — это образ жизни! И ему вполне можно научиться

Популярная механика
Кофемолки и ткацкие станки: чем занимались автопроизводители до машин Кофемолки и ткацкие станки: чем занимались автопроизводители до машин

Как производители перечниц и швейных машин перешли к созданию автомобилей?

РБК
8 фактов о медовухе — самом древнем алкогольный напиток в мире 8 фактов о медовухе — самом древнем алкогольный напиток в мире

Медовуха практически так же стара, как и человеческая цивилизация

Популярная механика
Русская усадьба Русская усадьба

Уклад жизни в доме под сенью хвойного леса подчинён идее единения с природой

Идеи Вашего Дома
7 пород собак, которые всегда встанут на защиту хозяина 7 пород собак, которые всегда встанут на защиту хозяина

Если вы хотите, чтобы ваша собака защищала вас, то присмотритесь к этим породам

Популярная механика
В главной роли В главной роли

Как найти и не потерять собственное «Я» среди своих целей и обязанностей?

Psychologies
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
Жизнь без интернета: как проводили досуг наши бабушки и мамы Жизнь без интернета: как проводили досуг наши бабушки и мамы

А чем занимались девушки раньше, когда Сети не существовало?

Cosmopolitan
Туберкулез в жизни и искусстве: обсуждение режиссера, художницы и врача Туберкулез в жизни и искусстве: обсуждение режиссера, художницы и врача

Как переплетены туберкулез в жизни и в искусстве

РБК
Кто проживает на дне Марианской впадины: обитатели глубин Кто проживает на дне Марианской впадины: обитатели глубин

Рассказываем все, что известно о таинственных существах, обитающих на глубине

ТехИнсайдер
Что такое ультрафиолетовый свет? Что такое ультрафиолетовый свет?

Ультрафиолетовый свет помогает загорать и грозит раком кожи

Популярная механика
Самые популярные книги в жанре фантастики за последние 5 лет Самые популярные книги в жанре фантастики за последние 5 лет

Истории о далёких планетах и давно прошедших временах

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
Coca-Cola или Pepsi? 10 фактов о столетнем противостоянии брендов Coca-Cola или Pepsi? 10 фактов о столетнем противостоянии брендов

Ты что будешь — «Колу» или «Пепси»? Этот вопрос чуть ли не религиозный

ТехИнсайдер
Открыть в приложении