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

Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Блиц-интервью: Георгий Дронов Блиц-интервью: Георгий Дронов

Актер Георгий Дронов — об отношении к своей популярности и «папе» Борисе Клюеве

Лиза
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
Ум за разум Ум за разум

ChatGPT: искусственный интеллект, который пошел в народ

Автопилот
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
ИИ: человечество не сможет удержать потепление в безопасных границах ИИ: человечество не сможет удержать потепление в безопасных границах

Ученые разработали систему ИИ для прогноза глобального потепления

ТехИнсайдер
Открыт новый тип невероятно прочной химической связи Открыт новый тип невероятно прочной химической связи

Во время химических реакций возникают все новые и новые связи

Популярная механика
Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха

Все, что поможет подготовиться к путешествию и спланировать отпуск в Турции

Правила жизни
Миссия: металл Миссия: металл

Зонд Psyche должен будет осмотреть целиком металлический мир

ТехИнсайдер
Основатели холдинга Lucky Group — об успешных и проблемных ресторанах Основатели холдинга Lucky Group — об успешных и проблемных ресторанах

Основатели компании Lucky Group — что делать, чтобы ваш ресторан был успешным

РБК
Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу

Как понять, что пришло время прекратить дружбу?

VOICE
35 вопросов, которые помогут вам лучше узнать близкого человека 35 вопросов, которые помогут вам лучше узнать близкого человека

Часто нам кажется, что о самых близких нам людях мы знаем буквально все

Psychologies
Honda Pilot 2023. Первое впечатление Honda Pilot 2023. Первое впечатление

Honda Pilot вынуждена становиться лучше, чтобы сохранять конкурентоспособность

4x4 Club
Самые главные и культовые водки СССР Самые главные и культовые водки СССР

У разных брендов советских водок были свои почитатели!

Maxim
Король внедорожников. Стоит ли покупать подержанный Range Rover? Король внедорожников. Стоит ли покупать подержанный Range Rover?

Ни один автомобиль так не зависит от правильного обслуживания, как Range Rover

4x4 Club
Создан пористый гидрогель, который быстро и эффективно очищает воду от грязи и тяжелых металлов Создан пористый гидрогель, который быстро и эффективно очищает воду от грязи и тяжелых металлов

Гидрогель, вдохновленный люфой, использует солнечный свет для обработки воды

ТехИнсайдер
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
Цветотип: как правильно подобрать цвета, а каких стоит избегать Цветотип: как правильно подобрать цвета, а каких стоит избегать

Как создать образ, который максимально подчеркнет особенности внешности?

РБК
Астрономы годами изучали 5000 сверхмассивных черных дыр, чтобы понять, почему те так странно мерцают Астрономы годами изучали 5000 сверхмассивных черных дыр, чтобы понять, почему те так странно мерцают

Ученые разгадали тайну необычного мерцания черных дыр во мраке космоса

ТехИнсайдер
Подростковая агрессия. В чем причина и как научиться с ней справляться Подростковая агрессия. В чем причина и как научиться с ней справляться

Как помочь ребенку научиться справляться с агрессией

СНОБ
5 веских причин сказать «нет» и 5 шагов, чтобы сделать это корректно 5 веских причин сказать «нет» и 5 шагов, чтобы сделать это корректно

Как вежливо сказать «нет» и почему важно отказывать?

Psychologies
От кукольного домика к уборке дома: как художницы переосмысляли домашний труд От кукольного домика к уборке дома: как художницы переосмысляли домашний труд

Художницы, которые в своих произведениях обращались к теме невидимого труда

Forbes
Диета для похудения живота и боков: миф или реальность? Диета для похудения живота и боков: миф или реальность?

Что нужно делать, чтобы придать телу желаемые очертания?

Лиза
Кто помешал Германии создать атомную бомбу Кто помешал Германии создать атомную бомбу

Отрывок из книги «Отряд отморозков» Сэма Кина

СНОБ
Право на спорт Право на спорт

История Специальных игр в мире началась 60 лет назад

Men Today
Идиот на службе Идиот на службе

Краткая история бравого солдата Швейка в 25 пунктах

Weekend
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
Закрытый клуб гениев: почему гендерное неравенство в математике так сложно преодолеть Закрытый клуб гениев: почему гендерное неравенство в математике так сложно преодолеть

Неравенство в точных науках обсуждается давно. Ситуация меняется, но медленно

Forbes
Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра

Сколько бы лет нам ни было, смерть отца или матери всегда причиняет сильную боль

Psychologies
Секреты Секреты

Раскрываем секреты домашней укладки феном

VOICE
Открыть в приложении