У фібрилярних білках групи міозину, фібриногену, епідерміна денатурує дію нагріву викликає перехід від зігнутої складчастої a -конфігурації поліпептидних ланцюгів до більш розтягнутої b -спіральні конфігурації.
Цей перехід супроводжується перегрупуванням водневих зв'язків і дезорієнтацією поліпептидних ланцюжків.
При денатурації глобулярних білків відбувається розгортання складених в складки поліпептидних ланцюгів, що утворюють глобулу.
В результаті перегрупувань водневих зв'язків звільняються ланцюга агрегує в b - формі, наближаючись по структурі до фібрилярні білків (денатуровані білки після орієнтації дають рентгенограму типу b - кератину).
Таким чином, глобулярні білки при денатурації проходять через стадію фибриллярного стану.
Для розгортання поліпептидних ланцюгів необхідна присутність води, що проникає в простору між складками ланцюгів.
У відсутності води нагрів навіть вище 100 ° С не викликає денатурації.
Сухий яєчний альбумін витримував п'ятигодинний нагрів при 120 ° С, не втрачаючи своєї розчинності.
Підвищення температури, супроводжуючись збільшенням швидкості руху молекул води, призводить до дегідратації полярних груп бічних ланцюгів молекули, внаслідок чого стає можливим безпосередній контакт між ними.
Подальший нагрів підсилює тепловий рух поліпептидних ланцюгів, що утворюють білкову глобулу або молекулу.
В результаті послаблюються і частиною порушуються нативні вторинні зв'язку, зумовлені силами міжмолекулярної взаємодії (наприклад, водневі містки), і зникає специфічна природна конфігурація білкової молекули.
При обережною теплової денатурації помітних порушень первинних ковалентних зв'язків не відбувається.
Про це свідчить оборотність такої денатурації.
Отже, денатурація представляється як модифікація структури білкової глобули або молекули (для фібрилярних білків типу міозину), яка призводить до помітної зміни їх властивостей без порушення ковалентних зв'язків.
Порушення ковалентних (наприклад, пептидних) зв'язків розглядається як гідроліз.
В умовах помірного нагрівання сольові містки (зв'язку) між ланцюгами, утворені карбоксильними групами аспарагінової і глутамінової кислот і аміногрупами лізину або гуанідинового групами аргініну, а також дисульфідні містки істотних змін не зазнають.
Тому повного розриву зв'язків між поліпептидними ланцюжками не відбувається.
При теплової денатурації рвуться також не всі водневі зв'язку, які утримують поліпептидні ланцюга в білкової глобуле або молекулі, а якась їх частина.
Ступінь денатурації варіює від невеликих структурних змін до істотної зміни положення пептидних ланцюгів відносно один одного.
Між зневоднені при денатурації полярними групами бічних ланцюгів виникають вторинні сольові зв'язку, а також і водневі.
Але їх кількість і розташування носять випадковий характер і залежать від ступеня порушення первісної структури білка, інакше кажучи, від температури і тривалості нагріву.
Якщо в нативному білку пептидні ланцюга строго орієнтовані, то в денатурованому вони дезорієнтовані.
При неповної дезорієнтації, т. Е. Коли процес денатурації припинений, може статися більш-менш повне відновлення деяких первинних (нативних) властивостей білка.
Виникнення нових зв'язків між пептидними ланцюгами в білкової молекулі призводить до зменшення числа гідрофільних центрів за рахунок блокування полярних угруповань в результаті їх взаємодії.
Відбувається зміна амфотерних властивостей білка, яке знаходить вираз у невеликому зсуві ізоелектричної точки в нейтральну область.
В результаті зміни природного просторової конфігурації виявляються гідрофобні групи білкових молекул.
Зменшення гідрофільних і збільшення гідрофобних властивостей білкових молекул супроводжується зменшенням їх гідратації, а разом з цим і різким зниженням захисного (стабілізуючого) дії гідратаційних шарів поблизу полярних угруповань.
У цих умовах денатуровані білкові частинки можуть залишатися в стані золю тільки в присутності будь-якого іншого стабілізуючого фактора (висока концентрація водневих або гідроксильних іонів, сечовина, детергенти).
У відсутності цих факторів відбувається агрегування білкових частинок за рахунок міжмолекулярних сил і коагуляція білка.
При нагріванні глобулярних білків (наприклад, сироватковогоальбуміну) до 60 ° і при нейтральному рН встановлюється рівновага між числом молекул мономера і числом агрегатів, що утворюються.
В результаті теплової денатурації зменшується гідратація білкових речовин і різко падає їх розчинність, особливо в ізоелектричної точці або поблизу неї.
Таким чином, внутрішня перебудова білкової молекули (власне денатурація) знаходить своє продовження в агрегування розкручених поліпептидних ланцюгів в більші утворення.
Внутрішньомолекулярні зв'язку замінюються межмолекулярними.
Слідом за цим утворюється нерозчинний згусток, т. Е. Проісходіткоагуляція білка.
У розведених розчинах виділяються пластівці, в концентрованих образуетсякоагель.
Подальший нагрів коагеля супроводжується його ущільненням з виділенням частини рідини.
Коагуляція прискорюється з підвищенням температури.
При відомих умовах (наприклад, в присутності кислот і лугів) коагуляції може і не бути.
Але при тепловій обробці м'ясопродуктів вона відбувається завжди.
У всіх випадках теплова денатурація білкових речовин супроводжується зміною числа визначаються заряджених і сульфідрільних груп.
Збільшення числа цих груп поряд з втратою фізіологічної активності білків є одним з найбільш характерних ознак денатурації.
Однак температура, при якій починається процес, і сам хід денатурації різних білків - неоднакові.
Крім того, мають значення і зв'язку білків один з одним і з іншими складовими частинами тканин.
У цих умовах температура денатурації підвищується, білки денатуруються повільніше.
Найбільш чутливий до нагрівання міозин.
При нагріванні м'язової тканини до 45 ° С різких змін структури міозину не виявляється, число визначаються сульфідрільних груп збільшується незначно, проте розчинність його різко зменшується.
Денатурація і дезорієнтація структури актину починається при температурі близько 50-55 ° С, актомиозина - близько 50 ° С.
Основні білки саркоплазмою починають денатурованого при 50-54 ° С.
З підвищенням температури денатураціонние зміни різко прискорюються і поглиблюються.
Нагрівання м'язової тканини до 70 ° С супроводжується значним збільшенням числа визначених кислотних груп м'язових білків, в той час як основних груп практично не змінюється.
У зв'язку з цим вже при 50 ° С починається зсув рН середовища в нейтральну область.
При цьому ступінь зміщення залежить від початкового рН тканини: при 5,3 його величина після нагрівання до 70 ° С досягає 5,7, а при 6,1 доходить до 6,6.
Нагрівання між 70 і 120 ° С помітних змін рН не викликає, тому що і число кислотних і число основних груп незначно зменшується приблизно в однаковій мірі.
Одночасно зі збільшенням рН середовища зміщується і ізоелектричної точка м'язових білків також в нейтральну область, але в більшій мірі.
Таким чином, відбувається зближення фактичної величини рН з ізоелектричної точкою м'язових білків, що є основною причиною зменшення їх Вологозв'язуючий здатності.
Кількість міцно зв'язаної вологи в м'язовій тканині зменшується на 15-20%.
Це призводить до підвищення жорсткості і зменшення соковитості тканини.
Ступінь зсуву ізоелектричної точки при денатурації залежить від величини ізоелектричної точки нативних білків: чим вона менша, тим менше зміщення.
При ізоелектричної точці нативних білків менше 4,5 зміщення практично не спостерігається.
Число визначаються сульфідрільних груп м'язових білків зростає з підвищенням температури до 70 ° С.
У проміжку між 70 ° і 120 ° С воно зменшується.
Цілком ймовірно, що це пов'язано з виникненням взаємодії білкових молекул.
Зміні числа вільних кислотних груп м'язових білків супроводжує звільнення іонів кальцію і магнію, яке починається вже при 40 ° С.
При звичайних значеннях рН м'язової тканини максимальну кількість цих іонів звільняється після досягнення 70 ° С.
При температурі, близькій до 70 ° С, починається денатурація міоглобіну і гемоглобіну, яка, як це характерно для складних білків, супроводжується послабленням зв'язку між глобіном і простетичної групою - гемом.
При цьому останній отщепляется і, вступаючи в побічні реакції, змінює своє забарвлення.
При двогодинному нагріванні м'яса до 80 ° близько 95% видобутих пігментів становлять метпігменти.
Таким чином, основні денатураціонние зміни білків м'язової тканини завершуються після досягнення температури близько 70 ° С.
При нагріванні сироватковогоальбуміну значне збільшення числа визначаються сульфідрільних груп виявлено вже при 40 ° С.
Подальший нагрів супроводжувався їх зменшенням.
При нагріванні сироватки крові відзначається три стадії денатурації білків молочної сироватки: конденсації в інтервалі 42,5-52,5 ° С, для якої характерно зменшення числа кислотних і основних груп; гідратації (дезагрегації) в інтервалі 52,5-57,5 ° С, коли збільшується число кислотних, основних і сульфідрільних груп; агрегації (гелеобразования) в інтервалі 57,5-65,5 ° С, що супроводжується різким зменшенням числа визначених функціональних груп, зростанням в'язкості розчину і появою опалесценции.
Білок яйця денатурируется східчасто на п'яти різних температурних рівнях, починаючи від 57,5 ° і до 82 ° С.
Денатурація яєчного жовтка починається при 60 ° С, а повна коагуляція настає приблизно при 70 ° С.
Денатурує дію тепла істотно залежить від умов, в яких відбувається нагрівання.
Стійкість більшості тваринних білків до денатурації максимальна при фізіологічних значеннях рН.
Найменш стійкі білки при рН, близькому до ізоелектричної точці.
У той же час високі концентрації водневих і гідроксильних іонів самі по собі можуть виступати в якості денатуруючих факторів.
Більшість білків в зв'язку з цим денатурируется при рН нижче 3 і вище 10 (але пепсин інактивується при рН вище 6,0, гемоглобін і ліпопротеїди помітно денатуруються при рН близько 5,0).
Нейтральні солі лужних металів (наприклад, хлористий натрій) підвищують стійкість тваринних білків до теплової денатурації.
Високим захисною дією володіють довголанцюгові органічні аніони (наприклад, аніони жирних кислот з числом вуглецевих атомів 7-12) та інші органічні речовини (наприклад, цукру).
Захисна дія органічних аніонів обумовлено їх фіксацією позитивно зарядженими групами білкових молекул.
Здатність таких речовин підвищувати температуру денатурації білків може бути використана, наприклад, для підвищення температури денатурації білків крові (сироватки) при упарюванні.
Внутрішня перебудова білкових молекул при тепловій денатурації супроводжується втратою фізіологічної (ферментативної і гомональной) активності білків і підвищенням реакційної здатності груп, що входять в структуру білкових молекул.
Збільшення реакційної здатності білкових речовин знаходить вираз, зокрема, в підвищенні чутливості денатурованих глобулярних білків до протеолітичних ферментам.
Це пояснюється тим, що при розгортанні поліпептидних ланцюжків внутрішні пептидні зв'язки стають доступними дії ферментів, а тому помірно денатуровані білки краще перетравлюються.
Білки м'ясного соку, нагріті до 70 ° С, переварювалися in vitro шлунковим соком краще білків сирого соку.
Пепсин діє на зварений яєчний білок швидше, ніж на сирої.
Як показали досліди, денатурований яєчний білок засвоюється краще, ніж нативний.
Однак тривале нагрівання або нагрів при більш високих температурах не змінює стійкості білків до ферментам або навіть підвищує її.
Так, білки м'ясного соку, нагрітого до 95 ° С, переварювалися так само, як білки сирого м'яса.
Нагрівання яєчного білка до 100 ° С протягом 1,5 хв підвищував швидкість його гідролізу трипсином, а більше 30 хв не міняв її.
Сильне нагрівання жовтка погіршує його перевариваемость.
При нагріванні продуктів тваринного походження денатурація білків відбувається в певному температурному інтервалі і кожній температурі в ньому відповідає певна кількість денатурованих білків.
Якщо судити за станом нагрівається м'язи, то помітні денатураціонние зміни настають при температурі близько 45 ° С, коли м'яз скорочується; по охолодженні вихідна довжина її відновлюється.
Ця температура близька до температури першої (оборотної) стадії денатурації міозину. При підвищенні температури відбувається подальше скорочення м'язи і при цьому вона втрачає здатність до розслаблення.
При 65 ° С зменшується діаметр м'язового волокна в яловичині на 12-16%.
Але зміна розчинності білків м'язової тканини починається при температурі нижче 45 ° С. За даними Д. І. Лобанова, розчинність основних білкових фракцій яловичини при нагріванні змінювалася таким чином.