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
Почему так трудно с тем, кто не любит себя: самоценность и отношения в паре Почему так трудно с тем, кто не любит себя: самоценность и отношения в паре

Как быть, если у одного из партнеров низкая самооценка?

Psychologies
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
Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов

Это не первый случай, когда судоходные компании становятся жертвами кибератак

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Действительно ли интервальное голодание работает? Ученые выяснили, что частота приемов пищи важнее времени Действительно ли интервальное голодание работает? Ученые выяснили, что частота приемов пищи важнее времени

На изменение веса большее влияние оказывают частота и размер порций

Inc.
Кругом тёзки Кругом тёзки

В живом мире плодятся всё новые и новые тёзки

Наука и жизнь
Людмила Иванова об Олеге Дале: «Его нужно было только понимать, принимать и прощать ему все, просто все. И больше ничего» Людмила Иванова об Олеге Дале: «Его нужно было только понимать, принимать и прощать ему все, просто все. И больше ничего»

При жизни Людмила Ивановна рассказала мне об Олеге Дале. Делюсь с вами

Коллекция. Караван историй
Haval Jolion. Вашей маме понравится Haval Jolion. Вашей маме понравится

Китайские маркетологи утверждают, что Haval Jolion — молодёжный кроссовер

4x4 Club
Дмитрий Юрушкин: «Затраты себя не оправдают» Дмитрий Юрушкин: «Затраты себя не оправдают»

Как роторно-поршневой двигатель не совершил переворота в советском автопроме

Автопилот
Симптомы ПТСР и его последствия: мнение психиатра Симптомы ПТСР и его последствия: мнение психиатра

ПТСР: как оно проявляется и можно ли его вылечить?

Psychologies
Как говорить с партнером о проблемах в отношениях: 4 простых совета Как говорить с партнером о проблемах в отношениях: 4 простых совета

Как понять, какой партнер подходит для отношений, а какой нет?

Psychologies
Классика для молодёжи Классика для молодёжи

Комфортный современный интерьер на классической основе для молодых людей

SALON-Interior
Азы Таро: что нужно знать, чтобы твоя колода не пылилась на полке Азы Таро: что нужно знать, чтобы твоя колода не пылилась на полке

Что нужно знать, чтобы прибегать к помощи карт самостоятельно

VOICE
Ледники на Северном и Южном полюсах Земли растаят гораздо раньше, чем предсказывали ученые Ледники на Северном и Южном полюсах Земли растаят гораздо раньше, чем предсказывали ученые

Ледяные щиты Гренландии и Антарктиды ждет необратимый распад

ТехИнсайдер
Профессиональная ориентация: что это такое и можно ли выбрать карьеру с помощью теста Профессиональная ориентация: что это такое и можно ли выбрать карьеру с помощью теста

Как развивался процесс поиска профессиональной ориентации?

Forbes
Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле

Ученые создали лед с плотностью почти такой же, как у жидкой воды

ТехИнсайдер
Реальная любовь: 8 фильмов о том, какими бывают чувства Реальная любовь: 8 фильмов о том, какими бывают чувства

Киноподборка ко Дню всех влюбленных для тех, кто сказкам предпочитает быль.

Правила жизни
Бронь крепка: как российские сервисы посуточной аренды жилья замещают ушедшие аналоги Бронь крепка: как российские сервисы посуточной аренды жилья замещают ушедшие аналоги

Как развиваются российские аналоги сервисов для организации путешествий

Forbes
Ученые из Кембриджа: 4-дневная рабочая неделя делает сотрудников счастливее, а бизнес — богаче Ученые из Кембриджа: 4-дневная рабочая неделя делает сотрудников счастливее, а бизнес — богаче

Сокращение рабочего времени на 20% в неделю привело к отличным результатам

Inc.
Как одеваться девушкам невысокого роста: советы профессионального стилиста Как одеваться девушкам невысокого роста: советы профессионального стилиста

Гид по стайлингу для Дюймовочек от профессионального стилиста

VOICE
Нехватка женщин и молодежь-чайлдфри: как Китай перестал быть самой населенной страной Нехватка женщин и молодежь-чайлдфри: как Китай перестал быть самой населенной страной

Почему население в Китае стареет и как к этому относятся китайские власти

Forbes
Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things? Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things?

Психология потребительского выбора

Позитивные изменения
Пять cамых громких терактов, за которые никто не взял ответственность Пять cамых громких терактов, за которые никто не взял ответственность

Последние четверть века теракты все чаще совершают анонимные группы

Maxim
Главная советская страшилка о маньяке: как сериал «Фишер» объясняет природу насилия Главная советская страшилка о маньяке: как сериал «Фишер» объясняет природу насилия

Как сериал «Фишер» объясняет природу насилия в людях

Forbes
Бот знает: как устроены языковые модели и к чему ведет конкуренция на этом рынке Бот знает: как устроены языковые модели и к чему ведет конкуренция на этом рынке

Из чего состоят разговорные боты и чего ждать от многообещающих новинок?

Forbes
Почему у однояйцевых близнецов разные отпечатки пальцев. Ученые дали ответ Почему у однояйцевых близнецов разные отпечатки пальцев. Ученые дали ответ

Почему даже у однояйцевых близнецов не бывает одинаковых отпечатков пальцев

ТехИнсайдер
Десять историй, как «валят» айтишников на технических интервью Десять историй, как «валят» айтишников на технических интервью

10 историй о том, как айтишники сталкивались с «душнилами» на интервью

VC.RU
Как Борис Пастернак создавал и издавал роман «Доктор Живаго» Как Борис Пастернак создавал и издавал роман «Доктор Живаго»

Этот роман получил всемирное признание за границей, на родине же его запрещали

СНОБ
Муж в тени артистки: история жены Си Цзиньпина — первой леди Китая Пэн Лиюань Муж в тени артистки: история жены Си Цзиньпина — первой леди Китая Пэн Лиюань

Пэн Лиюань стала знаменитостью задолго до того, как весь Китай узнал имя ее мужа

Forbes
Открыть в приложении