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

Иммунные «электрики» мозга Иммунные «электрики» мозга

Чем нейроны похожи на электрические провода

Наука и жизнь
Опасные места в вашей квартире: как защитить дом от микробов, радиации и формальдегида Опасные места в вашей квартире: как защитить дом от микробов, радиации и формальдегида

Недооценивать опасность самого популярного помещения в квартире нельзя

ТехИнсайдер
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Уход от реальности: 7 правил, чтобы потом вернуться Уход от реальности: 7 правил, чтобы потом вернуться

Как правильно дистанцироваться от происходящего и отвлекаться от повестки?

Psychologies
Ритейл не справляется с заказами Ритейл не справляется с заказами

Ажиотажный всплеск спроса ускорил переход традиционной розницы в онлайн

Эксперт
Как говорить с близкими, если они в тревоге и панике Как говорить с близкими, если они в тревоге и панике

Как подобрать нужные слова и поддержать близких?

Cosmopolitan
Робин из Локсли Робин из Локсли

О Робин Гуде сложены несколько десятков баллад

Дилетант
Как выбрать мульчу для дачи и сада – советы и полный гид по всем видам Как выбрать мульчу для дачи и сада – советы и полный гид по всем видам

Виды мульчи, которые уменьшат работу на даче или в саду

Cosmopolitan
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Предложен изящный вариант решения парадокса Хокинга: как информация Предложен изящный вариант решения парадокса Хокинга: как информация

Парадокс черной дыры наконец может быть решен

Популярная механика
Вино, раскройся! Вино, раскройся!

Вино – как выбрать, с чем сочетать и что предписывает этикет

Лиза
Вместо спортзала. Как сделать из прогулки полноценную тренировку Вместо спортзала. Как сделать из прогулки полноценную тренировку

Несколько режимов прогулки, которые помогут заменить любые походы в фитнес-клуб

Лиза
15 крутых жаргонных словечек времен Дикого Запада 15 крутых жаргонных словечек времен Дикого Запада

Предлагаем тебе найти незаурядные способы выражаться как заправский ковбой

Maxim
5 способов избавиться от волос на лице: какой подойдет тебе? 5 способов избавиться от волос на лице: какой подойдет тебе?

Как избавиться от волос на лице

VOICE
«В тюрьму за глупости»: странные законы разных стран, о которых стоит знать туристам «В тюрьму за глупости»: странные законы разных стран, о которых стоит знать туристам

Незнание даже экзотических законов не освобождает от ответственности

Вокруг света
Красноречивее слов: фотографии, ставшие символами борьбы за мир Красноречивее слов: фотографии, ставшие символами борьбы за мир

Подборка фотографий, запечатлевших моменты борьбы за мир, дружбу, любовь

Cosmopolitan
Почему дома заводятся чешуйницы и как от них избавиться — действенные методы Почему дома заводятся чешуйницы и как от них избавиться — действенные методы

Чешуйницы — неприятный сюрприз, который можно обнаружить у себя дома

Cosmopolitan
Ученые поняли, как можно превратить обычного человека в «диванного эксперта» Ученые поняли, как можно превратить обычного человека в «диванного эксперта»

Почему мы становится уверены после просмотра пары обучающих видео по теме?

Psychologies
Проблема домашних ангелов: как «тирания милоты» мешает гендерному равенству Проблема домашних ангелов: как «тирания милоты» мешает гендерному равенству

Отрывок из книги «Неудобные женщины. История феминизма в 11 конфликтах»

Forbes
Развод по-шотландски: как один из главных героев битвы при Ватерлоо сражался за личное счастье Развод по-шотландски: как один из главных героев битвы при Ватерлоо сражался за личное счастье

Генри Уильям Пэджет устроил настоящую Санта-Барбару на британский лад

Esquire
Природные энергетики: 10 натуральных заменителей энергетических напитков Природные энергетики: 10 натуральных заменителей энергетических напитков

Хотим вас порадовать: кофе – не единственный способ взбодриться

Популярная механика
Стабильно привлекательная для агроинвестиций Стабильно привлекательная для агроинвестиций

Липецкая область — один из главных сельскохозяйственных субъектов страны

Агроинвестор
Как работать с коллегой, которого ненавидишь — жизненные хитрости Как работать с коллегой, которого ненавидишь — жизненные хитрости

Что делать, если вы с коллегой или коллегами друг друга "не перевариваете"?

Популярная механика
10 простых способов сделать квартиру по-настоящему стильной 10 простых способов сделать квартиру по-настоящему стильной

Как сделать интерьер по-настоящему стильным без оглядки на правила

Cosmopolitan
Любимец миллионов: всё о жизни главного лица телевидения 90-х Влада Листьева Любимец миллионов: всё о жизни главного лица телевидения 90-х Влада Листьева

Как жил легендарный журналист Владислав Листьев

Cosmopolitan
Эволюция человеческого вида. Что делает нас людьми, кроме интеллекта, голоса и маленьких зубов Эволюция человеческого вида. Что делает нас людьми, кроме интеллекта, голоса и маленьких зубов

Что отличает людей от всех других представителей животного мира?

Популярная механика
Умер Том Хаос: биография солиста «Отпетых мошенников» Вячеслава Зинурова Умер Том Хаос: биография солиста «Отпетых мошенников» Вячеслава Зинурова

Как жил Вячеслав Зинуров — фронтмен популярного в нулевые бойзбенда

Cosmopolitan
Как Земля создала нас. Отрывок из книги Льюиса Дартнелла «Происхождение» Как Земля создала нас. Отрывок из книги Льюиса Дартнелла «Происхождение»

Отрывок из книги «Происхождение» — о том, как Земля повлияла на цивилизации

СНОБ
Тихие омуты Роберта Паттинсона Тихие омуты Роберта Паттинсона

Роберт Паттинсон — из тех, кому сполна досталось и хвалы, и хулы

Караван историй
Счастливые килограммы: почему мы толстеем после свадьбы Счастливые килограммы: почему мы толстеем после свадьбы

Почему после свадьбы многие женщины толстеют.

VOICE
Открыть в приложении