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

Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Кто помешал Германии создать атомную бомбу Кто помешал Германии создать атомную бомбу

Отрывок из книги «Отряд отморозков» Сэма Кина

СНОБ
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
А вот и не подеремся! А вот и не подеремся!

Как правильно заканчивать спор и с кем вообще не стоит его и затевать

Лиза
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
В новых реалиях В новых реалиях

Можно ли сегодня покупать и брать в чартер яхты в России и за её пределами?

Robb Report
Фонд физтехов Фонд физтехов

Петр Лукьянов управляет деньгами российских бизнесменов — выпускников МФТИ

Forbes
Скрытый рынок: у женщины с Уолл-стрит появилась идея, как бороться с неравенством Скрытый рынок: у женщины с Уолл-стрит появилась идея, как бороться с неравенством

Как Меллоди Хобсон борется с расовой дискриминацией в корпоративном мире

Forbes
Природная связь Природная связь

Как общаются существа, у которых нет мозга и вообще нервной системы?

Вокруг света
«Я придумала авантюру на нудистском пляже»: Яна Гладких раскрыла секреты съемок сериала «Хочу не могу!» «Я придумала авантюру на нудистском пляже»: Яна Гладких раскрыла секреты съемок сериала «Хочу не могу!»

Режиссер Яна Гладких рассказала, как хулиганила и получала от этого удовольствие

VOICE
Ученые из Нидерландов: у жадных людей больше денег, но меньше детей и короче отношения Ученые из Нидерландов: у жадных людей больше денег, но меньше детей и короче отношения

Жадные люди, как правило, имеют высокие доходы, но низкую удовлетворенность

Inc.
«Ругаю сотрудников за переработки»: ИТ-менеджеры рассказали о своих стилях управления «Ругаю сотрудников за переработки»: ИТ-менеджеры рассказали о своих стилях управления

Как добиться того, чтобы люди хорошо работали сами, без избыточного контроля?

VC.RU
Школа Будущего Школа Будущего

Есть ли в Школе Будущего место для развития soft skills?

Позитивные изменения
С паяльником и напильником: как беларусы сами себе компьютеры собирали С паяльником и напильником: как беларусы сами себе компьютеры собирали

Энтузиасты, которые самостоятельно паяли компьютеры во времена позднего СССР

VC.RU
«Мои мечты разбились, но я стала сильнее львицы»: Шакира впервые высказалась после измены Жерара Пике «Мои мечты разбились, но я стала сильнее львицы»: Шакира впервые высказалась после измены Жерара Пике

Шакира дала откровенное интервью после скандала с Жираром Пике

VOICE
Высокое искусство политической карикатуры: 23 детали гравюры «Времена» Уильяма Хогарта Высокое искусство политической карикатуры: 23 детали гравюры «Времена» Уильяма Хогарта

Жанр политической карикатуры расцвел в европейской культуре нового времени

Вокруг света

Как изменились герои сериала "Бедная Настя"

VOICE
Шизофрения: спастись от расщепления Шизофрения: спастись от расщепления

Согласно статистике, на планете 0,5% людей страдают шизофренией

ТехИнсайдер
Прикладная нумизматика: как найти редкую и дорогую монету Прикладная нумизматика: как найти редкую и дорогую монету

У каждого в кошельке есть дорогая монета. Просто нужно знать, что искать!

Maxim
Страшное бессилие Страшное бессилие

«Раневская»: попытка биографии

Weekend
Высоко и плотно: «Южный порт» как зеркало столичного градостроительства Высоко и плотно: «Южный порт» как зеркало столичного градостроительства

Реорганизация промзоны «Южный порт» — «второй Сити»

Эксперт
Как быстро найти контакт с новым человеком: неочевидные советы от эксперта Как быстро найти контакт с новым человеком: неочевидные советы от эксперта

Как легко и быстро найти общий язык с незнакомым человеком

Psychologies
Что общего у слона и голого землекопа? Долгая жизнь! И вот почему Что общего у слона и голого землекопа? Долгая жизнь! И вот почему

Почему одни виды млекопитающих живут намного дольше других

Вокруг света
Безразличие, замкнутость, заторможенность: что такое эмоциональная бесчувственность — 8 признаков Безразличие, замкнутость, заторможенность: что такое эмоциональная бесчувственность — 8 признаков

Как проявляется и лечится эмоциональная бесчувственность

Psychologies
Мумии возвращаются: кто и как зарабатывает на сокровищах Древнего Египта Мумии возвращаются: кто и как зарабатывает на сокровищах Древнего Египта

Почему мир без устали исследует тайны Египта, а он никак не перестает удивлять

Forbes
Сказать «прости» недостаточно: как понять, что человек извиняется искренне Сказать «прости» недостаточно: как понять, что человек извиняется искренне

Неважно, кто виноват — искренние извинения могут сгладить любой конфликт

VOICE
LPG LPG

LPG-массаж – процедура уникальная и простая, но и здесь есть свои «против»

Здоровье
Google в помощь: может ли корпорация составить конкуренцию OpenAI в гонке ИИ Google в помощь: может ли корпорация составить конкуренцию OpenAI в гонке ИИ

Google играет в догонялки в отрасли, которую сама помогла создать

Forbes
Революционные страсти: как Александра Коллонтай оставалась женщиной в эпоху социальных катаклизмов Революционные страсти: как Александра Коллонтай оставалась женщиной в эпоху социальных катаклизмов

Такая судьба выпадает на долю далеко не каждой женщине

Вокруг света
Хотите перейти на электронные водительские права? Не спешите: вот что об этом думает юрист Хотите перейти на электронные водительские права? Не спешите: вот что об этом думает юрист

Как пользоваться электронными правами?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении