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

Подпоручик, маршал, палач, жертва Подпоручик, маршал, палач, жертва

Как самонадеянность привела Тухачевского к гибели

Дилетант
Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд? Провалиться сквозь землю: как возникает и что о нас говорит стыд?

Как понять, что стыд мешает вам жить? Возможно ли исцеление от него?

Psychologies
Кис-кис в каплях Кис-кис в каплях

Обычная вода может превратиться в перекись водорода

Наука и жизнь
Есть контакт Есть контакт

Часто ли мы задумываемся над тем, как и о чем говорим?

Elle
Достучаться до небес Достучаться до небес

Заключенный концлагеря угоняет с их секретной военной базы бомбардировщик

Вокруг света
Туже? Только бы не хуже! Туже? Только бы не хуже!

Можно ли «вытопить» жир c боков или сузить талию, затянув себя в чудо-пояс?

Здоровье
Японский кавалер Японский кавалер

По иностранным наградам можно легко проследить изменения внешней политики России

Дилетант
В главной роли В главной роли

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

Psychologies
Удивительная история матери Юрия Гагарина: женщина, воспитавшая космонавта Удивительная история матери Юрия Гагарина: женщина, воспитавшая космонавта

Когда ее спрашивали, как ей удалось воспитать такого сына, она всегда удивлялась

Популярная механика
«Оно словно существует в мире теней»: зачем Нинья Тюберг сняла фильм о порноиндустрии «Оно словно существует в мире теней»: зачем Нинья Тюберг сняла фильм о порноиндустрии

Нинья Тюберг о том, почему табу на обсуждение порноиндустрии все еще существует

Forbes
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
«Создавать островки безопасности»: Людмила Петрановская о том, как пережить кризис «Создавать островки безопасности»: Людмила Петрановская о том, как пережить кризис

Как найти точку опоры в тяжелые времена и не потерять семью

Forbes
«Близкие контакты далеких предков: Как эволюционировал наш вид» «Близкие контакты далеких предков: Как эволюционировал наш вид»

Представьте, что ребенок лет пяти преследует в африканской саванне газелей

N+1
Лампочка, которая не гаснет уже больше века Лампочка, которая не гаснет уже больше века

В Ливерморе, штат Калифорния, есть лампочка, которая не гаснет

Популярная механика
Что такое ШРУС в автомобиле и как он ломается Что такое ШРУС в автомобиле и как он ломается

Хитрый узел под названием ШРУС есть на большинстве современных автомобилей

РБК
Что едят Наоми Кэмпбелл и другие топ-модели на ужин — 10 рецептов Что едят Наоми Кэмпбелл и другие топ-модели на ужин — 10 рецептов

Ужинать можно и нужно: знаменитости подсказывают, что они едят на ужин

VOICE
Мы что-то упускаем Мы что-то упускаем

У тебя бывало ощущение, что все живут интересной жизнью, кроме тебя?

Cosmopolitan
Какая река самая длинная? Ответ не так прост Какая река самая длинная? Ответ не так прост

Длина реки больше не считается справедливой мерой

Популярная механика
Как выжить и преуспеть в эпоху перемен, не выгорая и не впадая в отчаяние Как выжить и преуспеть в эпоху перемен, не выгорая и не впадая в отчаяние

Отрывок книги «Стратегии перемен» Джона Коттера

Forbes
Ученым удалось временно Ученым удалось временно

Смогут ли ученые найти лекарство от болезни Альцгеймера или депрессии?

Популярная механика
Как вести дневник — и зачем делать это прямо сейчас Как вести дневник — и зачем делать это прямо сейчас

Зачем нужен дневник и как можно его вести

Esquire
«Энканто», «Стеклоочиститель» и еще 6 мультфильмов, которые стоит посмотреть «Энканто», «Стеклоочиститель» и еще 6 мультфильмов, которые стоит посмотреть

Анимационные фильмы, которые в разные годы становились номинантами «Оскара»

СНОБ
План побега: как уйти из ситуации домашнего насилия План побега: как уйти из ситуации домашнего насилия

Памятка, которая поможет уйти из ситуации домашнего насилия

Psychologies
Что такое VPN и как он работает Что такое VPN и как он работает

Законно ли использовать VPN и правда ли он позволяет оставаться анонимным в сети

Forbes
«Кем быть?» или просто быть «Кем быть?» или просто быть

«Худший человек на свете»: правила жизни Йоакима Триера

Weekend
Жизнь как текст: что сделал Лотман Жизнь как текст: что сделал Лотман

Что сделал учёный, изменивший русскую гуманитарную науку

Полка
Елена Полянская: «Для «Девушек с Макаровым» пришлось разучиться водить автомобиль» Елена Полянская: «Для «Девушек с Макаровым» пришлось разучиться водить автомобиль»

Я так и не смогла вспомнить ни пробы, ни роль, на которую претендовала

Караван историй
Как Александра Глаголева-Аркадьева изобрела электромагнитный излучатель Как Александра Глаголева-Аркадьева изобрела электромагнитный излучатель

История первой женщины-физика в России, получившей мировую известность

Forbes
Вячеслав Заренков Вячеслав Заренков

В домах, построенных бизнесменом в Петербурге, живет почти 300 тысяч человек

Собака.ru
Когда что-то пошло не так Когда что-то пошло не так

Не всегда наши ожидания от бьюти-процедур совпадают с реальностью

Домашний Очаг
Открыть в приложении