Живые организмы развились из сравнительно простых молекулярных структур

Наука и жизньНаука

Принцип экономии в живых системах: посмотрим на метаболиты

Кандидат химических наук Антон Миндубаев, Казанский национальный исследовательский технологический университет

Когда заходит речь о живых системах, акцент, как правило, делается на сложности их организации. Всегда подспудно возникает вопрос, как сложный ансамбль молекул может так слаженно работать? Но вспомним: живые организмы развились в процессе эволюции из сравнительно простых молекулярных структур, которыми на заре появления жизни изобиловал первичный океан нашей планеты. Да и сегодня всё многообразие биомолекул возникает из очень ограниченного набора веществ, так называемых первичных метаболитов, находящихся на пересечении метаболических путей — последовательностей химических превращений.

В числе таких первичных метаболитов — серин и тирозин, аминокислоты из числа тех, что выполняют ключевую роль в жизнедеятельности. Невозможно в небольшой статье перечислить все функции, которые несут в биосфере эти две молекулы со сравнительно простой структурой, поэтому приведём лишь несколько примеров их роли в биохимических процессах живых организмов.

Название аминокислоты серин происходит от латинского слова serum — сыворотка. Серином очень богаты белки фиброин и серицин, из которых состоит натуральный шёлк. Именно из натурального шёлка и была впервые выделена эта аминокислота. Натуральный шёлк получают из коконов тутового шелкопряда (Bombyx mori) — бабочки, одомашненной в Китае несколько тысячелетий назад. Белки шёлка формируют протяжённую складчатую двумерную структуру — β-складчатый лист, в котором водородные связи образуются между соседними полипептидными цепями. Подобная структура характерна не только для фиброина, но и для других фибриллярных белков, то есть белков, полипептидные цепи которых образуют длинные волокна (фибриллы) или слои. Несмотря на то, что отдельно взятая водородная связь не отличается прочностью, благодаря огромному количеству и правильному чередованию таких связей достигается очень крепкое сшивание цепей. Что, в свою очередь, делает шёлковую нить феноменально прочной на разрыв — более прочной, чем стальная проволока такого же диаметра. При этом она очень эластична.

Ключ к большинству свойств и биологических функций этой аминокислоты — боковой радикал, содержащий полярную гидроксильную группу. Приведена структурная формула L-изомера.

Из коконов близкого тутовому шелкопряду вида бабочек павлиноглазки дубовой китайской (Antheraea pernyi) производят «дикий» шёлк туссар, или чесучу, идущий на обивку дорогой мебели. Окрашенный в желтоватый цвет шёлк павлиноглазки айлантового шелкопряда (Samia cynthia) используют в производстве более грубых и недорогих тканей.

Первичная структура белка натурального шёлка фиброин состоит из повторяющейся аминокислотной последовательности (Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala). Эти повторяющиеся аминокислотные последовательности образуют антипараллельные β-складчатые листы, соединённые водородными связями (отмечены на рисунке жёлтыми овалами). Благодаря такой структуре нити натурального шёлка обладают высокой прочностью. Рисунок из статьи: Cheng Y., Koh L.-D., Li D., Ji B., Han M.-Y., Zhang Y.-W. 2014. On the strength of β-sheet crystallites of Bombyx mori silk fibroin. J. R. S oc. Interface 11: 20140305.

Но серин входит в состав не только белков шёлка. Скелет знаменитой Корзинки Венеры (Euplectella aspergillum) — представительницы стеклянных губок, обитающей в Тихом океане у побережья Юго-Восточной Азии, также включает эту аминокислоту. Ажурная конструкция скелета состоит из двуокиси кремния (вот почему губку называют «стеклянной») и достигает метра в длину, имеет семь структурных уровней и высокую прочность. А построение скелета начинается с активного транспорта в клетки губки из морской воды ортокремниевой кислоты Si(OH)4, образующей сложные эфиры с гидроксильными группами серина, которыми очень богат специфический белок губок — силикатеин. Именно этот белок — затравка для формирования спикул: иголок из кремнезёма, которые образуют скелет губки. В последние годы силикатеины губок стали интересовать химиков и биотехнологов в качестве эффективных катализаторов для синтеза кремнийорганических полимеров, а также производства оптических волокон.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Драма на Артезиане Драма на Артезиане

Как раз в декабре у степных животных начинается важнейший этап в их жизни — гон

Наука и жизнь
Плохие хорошие мысли Плохие хорошие мысли

Бывают случаи, когда от черных очков пользы больше, чем от розовых

Добрые советы
Потеря контакта. Адгезия в биологии рака Потеря контакта. Адгезия в биологии рака

В онкологии есть целый арсенал средств борьбы со злокачественными заболеваниями

Наука и жизнь
Дьявольская карусель: нераскрытая тайна океанских глубин Дьявольская карусель: нераскрытая тайна океанских глубин

Что такое "дьявольская карусель"? Ответ до сих пор не найден

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

Ольга Сильченко: галактиками я занимаюсь всю жизнь, начиная с третьего курса

Наука и жизнь
Топ-5 упражнений на выносливость Топ-5 упражнений на выносливость

Эти упражнения стоит освоить каждому!

Лиза
Генералы песчаных карьеров Генералы песчаных карьеров

Шагающие экскаваторы, или драглайны, – самые большие мобильные наземные машины

ТехИнсайдер
Грани прекрасного Грани прекрасного

Как обновить квартиру с помощью креативной отделки стен

Добрые советы
Мамонт: воскрешение Мамонт: воскрешение

Воссоздать мамонта и отправить его заселять Якутию

Популярная механика
«Песочницы» социальных инвестиций | «Sandboxes» for Social Investments «Песочницы» социальных инвестиций | «Sandboxes» for Social Investments

Как в мире развиваются проекты Social Impact Bonds

Позитивные изменения
Ролики в перерыве: как Супербоул стал популярен во всем мире благодаря рекламе Ролики в перерыве: как Супербоул стал популярен во всем мире благодаря рекламе

Как Супербоул мотивирует компании делать яркие рекламные ролики?

Forbes
Наши сети притащили.... Путь к успеху и состояние Марка Цукерберга Наши сети притащили.... Путь к успеху и состояние Марка Цукерберга

Кто такой Марк Цукерберг и почему всех интересует его денежное состояние?

Цифровой океан
Нэпманы и воры: какими изображали предпринимателей в советском кино Нэпманы и воры: какими изображали предпринимателей в советском кино

Cамые характерные советские фильмы на экономическую тему

Forbes
После реставрационных работ Willys Jeep покрылся ржавчиной После реставрационных работ Willys Jeep покрылся ржавчиной

Старый ржавый Willys Jeep 1963 года

4x4 Club
Что известно о Софье Егоровой – ведьме и новой жене рэпера Фараона Что известно о Софье Егоровой – ведьме и новой жене рэпера Фараона

Рассказываем, что известно о девушке рэпера Фараона

VOICE
6 моделей обуви, которые девушки со вкусом никогда в жизни не наденут 6 моделей обуви, которые девушки со вкусом никогда в жизни не наденут

"Неблагонадежная" обувь, которой точно не стоит занимать место в твоем гардеробе

VOICE
Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам

Какую роль в жизни подростков играет вопрос престижа

СНОБ
«Русский Мисопогон» «Русский Мисопогон»

Петр I, брадобритие и десять миллионов «московитов»

N+1
Как не впасть в синдром «яжемать» Как не впасть в синдром «яжемать»

«Яжемать»: откуда возникает это явление и нужно ли с ним бороться?

Лиза
У самого синего моря У самого синего моря

Модернистская вилла на тихоокеанском побережье, в окрестностях Малибу

SALON-Interior
Отрывок из книжного сериала Ислама Ханипаева «Луна 84» Отрывок из книжного сериала Ислама Ханипаева «Луна 84»

На сервисе «Букмейт» вышли два первых эпизода книжного сериала «Луна 84»

СНОБ
«Американки в Красной России» «Американки в Красной России»

Отрывок из книги Джулии Л. Микенберг «Американки в Красной России»

N+1
Диплом за сутки. Разрушит ли чат-бот СhatGPT систему образования Диплом за сутки. Разрушит ли чат-бот СhatGPT систему образования

Для чего создавали чат-бот СhatGPT и как он повлиял на систему образования?

СНОБ
5 самых популярных мифов о девственности и девственницах 5 самых популярных мифов о девственности и девственницах

Рассказываем о главных мифах и легендах вокруг девственной плевы

Maxim
Проснуться счастливым: почему полезно начинать день с улыбки Проснуться счастливым: почему полезно начинать день с улыбки

Есть веские причины сменить хмурое выражение лица на улыбку

Правила жизни
Фейковый взрыв, эпопея с фамилиями и загадочные цифры: секреты 5 легендарных комедий Гайдая Фейковый взрыв, эпопея с фамилиями и загадочные цифры: секреты 5 легендарных комедий Гайдая

Ищем пасхалки в фильмах Гайдая, на которые раньше не обращали внимания

Правила жизни
В ядре Земли идет странный кремниевый снег, который падает не вниз, а вверх В ядре Земли идет странный кремниевый снег, который падает не вниз, а вверх

Что находится внутри Земли?

ТехИнсайдер
Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли

Что может произойти, если не избавляться от пугающих мыслей?

ТехИнсайдер
Интервью с дагестанским художником Апанди Магомедовым Интервью с дагестанским художником Апанди Магомедовым

Апанди Магомедов — о том, как сохранить национальную индивидуальность

СНОБ
Магия и выжженные пустоши: cамые интересные книги жанра постапокалипсис-фэнтези Магия и выжженные пустоши: cамые интересные книги жанра постапокалипсис-фэнтези

Что будет, если в постапокалипсис добавить элементы фэнтези?

Maxim
Открыть в приложении