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

Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы

Как достичь гармонии в отношениях — как в спальне, так и за ее пределами?

Psychologies
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Расизм эмоционально травмирует людей. Вот что нужно знать Расизм эмоционально травмирует людей. Вот что нужно знать

Почему у расизма есть серьезные последствия

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Вокруг света Вокруг света

Об интерьерных традициях, которые стоит перенять у жителей разных стран

Лиза
45 в «кубе» 45 в «кубе»

За что мы любим «Гелендваген»

Автопилот
12 качеств, которые все ошибочно считают признаком ума 12 качеств, которые все ошибочно считают признаком ума

Как просто выявить фальшивого интеллектуала

Maxim
Миссия: металл Миссия: металл

Зонд Psyche должен будет осмотреть целиком металлический мир

ТехИнсайдер
И спасет нас всех только любовь. Классический фильм Вима Вендерса «Небо над Берлином» И спасет нас всех только любовь. Классический фильм Вима Вендерса «Небо над Берлином»

Почему «Небо над Берлином» входит в лучшие фильмы за всю историю кинематографа

СНОБ
«Жизнь — сапожок непарный»: книга о советской женщине и репрессиях «Жизнь — сапожок непарный»: книга о советской женщине и репрессиях

Книга «Жизнь — сапожок непарный» — образец «лагерной» литературы XX века

Forbes
«Спи, учи стихи или умри»: зачем программисту хорошая память и как её улучшить «Спи, учи стихи или умри»: зачем программисту хорошая память и как её улучшить

Для успехов в работе с кодом недостаточно технических знаний и логики

VC.RU
Как Джарвис Кокер и группа Pulp стали символами брит-попа Как Джарвис Кокер и группа Pulp стали символами брит-попа

Он выпустил лучший брит-поп-альбом по версии Pitchfork

СНОБ
Как стать другом своему ребенку Как стать другом своему ребенку

Как стать для своего сына или дочери настоящим другом?

СНОБ
Феминистка в тюрьме: как Консепсьон Ареналь боролась за права женщин и заключенных Феминистка в тюрьме: как Консепсьон Ареналь боролась за права женщин и заключенных

Консепсьон Ареналь слишком беспокоилась о заключенных и отстаивала права женщин

Forbes
Какие бывают коннекторы зарядок для электромобилей и как их отличать Какие бывают коннекторы зарядок для электромобилей и как их отличать

Как выглядят разные коннекторы для электромобилей и как жить в таком “зоопарке”

ТехИнсайдер
Лазер помог обнаружить в густом испанском лесу руины крепости V века, построенной на еще более древнем укреплении Лазер помог обнаружить в густом испанском лесу руины крепости V века, построенной на еще более древнем укреплении

Объект, считавшийся городищем железного века, был раннесредневековой крепостью

ТехИнсайдер
История одной песни: «Dancing Queen» ABBA, 1976 История одной песни: «Dancing Queen» ABBA, 1976

За эту песню ABBA Советский Союз 12 лет расплачивался овощами с нефтью

Maxim
Consumer Reports утверждает, что BMW делает лучшие автомобили, а Land Rover – худшие Consumer Reports утверждает, что BMW делает лучшие автомобили, а Land Rover – худшие

Оценки дорожных испытаний и надёжности автомобилей лучших брендов

4x4 Club
Из лондонского политолога — в российского повара: откровенная история о поиске себя Из лондонского политолога — в российского повара: откровенная история о поиске себя

Вдохновляющая история от нашей героини, как изменить свою профессиональную жизнь

Psychologies
После стольких лет: 10 фильмов с Аланом Рикманом, которые стоит посмотреть После стольких лет: 10 фильмов с Аланом Рикманом, которые стоит посмотреть

Мы собрали десять фильмов с Аланом Рикманом без мальчика, который выжил

Правила жизни
«Империя света» Сэма Мендеса — главный кинопровал 2023 года. Как так вышло? «Империя света» Сэма Мендеса — главный кинопровал 2023 года. Как так вышло?

«Империя света» — ретро-мелодрама, ставшая не событием, а разочарованием

Правила жизни
«Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу» «Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу»

Михаил Пришвин о людях, зверях и обществе

Weekend
Спокойствие, только спокойствие! Спокойствие, только спокойствие!

Можно ли самостоятельно балансировать душевные и телесные настройки?

Psychologies
«У Ярослава просмотров за 2 часа столько, сколько у Екатерины за неделю»: юрист из Москвы провела эксперимент и заменила в резюме пол на мужской «У Ярослава просмотров за 2 часа столько, сколько у Екатерины за неделю»: юрист из Москвы провела эксперимент и заменила в резюме пол на мужской

Женщин-кандидаток на руководящие должности отсеивают уже на этапе резюме

Правила жизни
Как вернуть жизни смысл, если все бессмысленно: 7 советов на каждый день Как вернуть жизни смысл, если все бессмысленно: 7 советов на каждый день

Когда почва уходит из-под ног, мы невольно задаем вопрос: зачем это все?

Psychologies
Из боинга 737 сделали люкс-виллу. Стоимость аренды не бюджетная! Из боинга 737 сделали люкс-виллу. Стоимость аренды не бюджетная!

Вилла, которая позволит наслаждаться видом из иллюминатора

ТехИнсайдер
Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю

Три примера на тему гибели Земли из современной фантастики

ТехИнсайдер
Как перестать плакать по любому поводу — объясняет психолог Как перестать плакать по любому поводу — объясняет психолог

Как взять слезы под контроль?

Psychologies
Защита от старения и успех в переговорах: 5 причин носить очки Защита от старения и успех в переговорах: 5 причин носить очки

Как очки меняют нашу внешность в лучшую сторону?

Psychologies
Открыть в приложении