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

Чудесная Чудесная

В созвездии Кит расположилась одна из самых удивительных звёзд нашего неба, Мира

Наука и жизнь
7 оригинальных стрижек с удлиненной челкой, которая идет всем 7 оригинальных стрижек с удлиненной челкой, которая идет всем

Прически с удлиненной челкой подходят любому типу лица и хороши в любом возрасте

РБК
Время Гидры. Весеннее небо Время Гидры. Весеннее небо

Созвездие Гидра примечательно тем, что оно самое большое и самое длинное

Наука и жизнь
На тёмной стороне искусства На тёмной стороне искусства

На коллекционерах то и дело наживаются всякого рода жулики, мошенники и воры

Robb Report
Посредники между небом и землею Посредники между небом и землею

Как образы растений, упомянутых в Библии, используются в архитектуре

Знание – сила
Самый опасный мысленный эксперимент в истории: рождение «Василиска Роко» Самый опасный мысленный эксперимент в истории: рождение «Василиска Роко»

«Василиск Роко» продолжает жить и угрожать всем, кто знает о нем

ТехИнсайдер
Весенний загар во Вьетнаме Весенний загар во Вьетнаме

Что нужно успеть увидеть и попробовать в этой экзотической стране за неделю

Лиза
Этот актер играл Арагорна во Этот актер играл Арагорна во

Стюарт Таунсенд мог сыграть Арагорна

VOICE
«Отряд отморозков» «Отряд отморозков»

Миссия «Алсос», или Кто помешал нацистам создать атомную бомбу

N+1
Срочный развод: самые короткие звездные браки, которые тебя удивят Срочный развод: самые короткие звездные браки, которые тебя удивят

Кто из знаменитостей побежал подавать на развод, едва утихли свадебные колокола

VOICE
Наташа Кампуш: как сегодня живет самая известная жертва похищения Наташа Кампуш: как сегодня живет самая известная жертва похищения

В 2006 году история Наташи Кампуш из Австрии прогремела на весь мир

VOICE
Цифровая доступность: почему инклюзия — вопрос прибыли Цифровая доступность: почему инклюзия — вопрос прибыли

Цифровая инклюзия приносит бизнесу не только имиджевую пользу

Forbes
Стратегия поиска работы за границей: что писать, с кем говорить и к чему готовиться Стратегия поиска работы за границей: что писать, с кем говорить и к чему готовиться

Сколько времени занимает поиск работы за границей?

Forbes
«Я родила и кормлю грудью!»: женщина впервые стала мамой в 52 года, потратив на ЭКО 22 млн рублей «Я родила и кормлю грудью!»: женщина впервые стала мамой в 52 года, потратив на ЭКО 22 млн рублей

Луиза Хон родила здорового ребенка после борьбы с бесплодием и шести попыток ЭКО

VOICE
Бегство и соблазны: почему подростки начинают употреблять наркотики. 10 главных причин Бегство и соблазны: почему подростки начинают употреблять наркотики. 10 главных причин

Какие внешние факторы сказываются на формировании зависимости у подростков?

Psychologies
Режиссер-однолюб: как Вадим Абдрашитов всю жизнь прожил с одной женой Режиссер-однолюб: как Вадим Абдрашитов всю жизнь прожил с одной женой

Вспоминаем жизнь режиссера Вадима Абдрашитов

VOICE
Дворцы, пещеры, горящая гора: 5 причин отправиться в Иран Дворцы, пещеры, горящая гора: 5 причин отправиться в Иран

Начать знакомство с Ираном можно со столицы и ближайших окрестностей

Вокруг света
Как перестать постоянно думать о плохом: простой способ — 2 случая из практики психолога Как перестать постоянно думать о плохом: простой способ — 2 случая из практики психолога

Психолог делится работающим способом использовать негативные мысли на благо

Psychologies
Секс-монстра наказали: признавшийся в 24 изнасилованиях полицейский получил 36 пожизненных сроков Секс-монстра наказали: признавшийся в 24 изнасилованиях полицейский получил 36 пожизненных сроков

Дэвид Кэррик признан виновным в насилии над женщинами

VOICE
Отдых в горах: 8 слагаемых успеха Отдых в горах: 8 слагаемых успеха

Важные составляющие качественного отдыха на горнолыжном курорте

СНОБ
Могут ли на одном растении вырасти разные фрукты или овощи? Ответ вас удивит Могут ли на одном растении вырасти разные фрукты или овощи? Ответ вас удивит

Вырастить богатый и разнообразный урожай можно всего лишь на паре растений!

ТехИнсайдер
Почему мужчина потерял сексуальный интерес: 7 возможных объяснений — узнайте причину Почему мужчина потерял сексуальный интерес: 7 возможных объяснений — узнайте причину

Наиболее частые причины потери мужского либидо

Psychologies
Омега-3. 12 весомых причин ввести их в свой рацион Омега-3. 12 весомых причин ввести их в свой рацион

Сбалансированное питание невозможно без жирных кислот

Лиза
Как бросить курить? Поможет Как бросить курить? Поможет

Может ли новое умное устройство одежды помочь бросить курить?

ТехИнсайдер
Энди Макдауэлл Энди Макдауэлл

Энди Макдауэлл выглядит прекрасно, невзирая на возраст!

Здоровье
Как выдерживать критику на работе: 4 подсказки для женщин — советы бизнес-коуча Как выдерживать критику на работе: 4 подсказки для женщин — советы бизнес-коуча

Как реагировать на критику, не теряя при этом уверенности в себе?

Psychologies
«Не знаю, люблю ли я мужа»: 3 вопроса, чтобы проверить чувства, — попробуйте способ психолога «Не знаю, люблю ли я мужа»: 3 вопроса, чтобы проверить чувства, — попробуйте способ психолога

Как определить, что именно вы чувствуете к своему партнеру?

Psychologies
Алена Коломина: «Когда мне глобально чего-то хочется, мечты сбываются» Алена Коломина: «Когда мне глобально чего-то хочется, мечты сбываются»

Мне часто говорят: «А я думал, что ты повыше и побольше»

Коллекция. Караван историй
Как избавиться от постакне: 8 способов и советы косметолога Как избавиться от постакне: 8 способов и советы косметолога

Как избавиться от постакне доступными способами?

РБК
От страхов и комплексов до любви к себе: чему меня научили секс-вечеринки От страхов и комплексов до любви к себе: чему меня научили секс-вечеринки

Как секс-культура может помочь в борьбе с комплексами и научить любить себя

Psychologies
Открыть в приложении