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
Где в лесу «конский хвост»? Где в лесу «конский хвост»?

У того, кто впервые видит хвощ, возникает некоторое недоумение

Наука и жизнь
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли? Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли?

Почему исчезла целая цивилизация, и чем еще известны майя?

TechInsider
«Профориентационные туристические маршруты помогут привлекать кадры» «Профориентационные туристические маршруты помогут привлекать кадры»

Чем промышленный туризм интересен бизнесу

РБК
Андрей Шапенко: «Волшебный сундук и каменная принцесса». Отрывок для чтения с детьми Андрей Шапенко: «Волшебный сундук и каменная принцесса». Отрывок для чтения с детьми

Отрывок из современной классической сказки Андрея Шапенко про двух сестер

СНОБ
Рейтинг брендов Рейтинг брендов

Новые марки, которые стали заметны на рынке за год

Forbes
Ставки эпохи возрождения Ставки эпохи возрождения

Что ожидает рынки акций после рекордных провалов

Деньги
Соломон Перель — еврей, представившийся немцем, чтобы не умереть. Потом он был на допросе сына Сталина Соломон Перель — еврей, представившийся немцем, чтобы не умереть. Потом он был на допросе сына Сталина

История Соломона Переля: цель оправдывает средства — или нет?

TechInsider
Глаза в глаза Глаза в глаза

Разговор с актрисой Лизой Шакирой, которая недавно присоединилась к проекту

OK!
Кто такой Франсуа Рабле? Кто такой Франсуа Рабле?

Исчерпывающий ответ за 2 минуты: кто такой Франсуа Рабле?

Вокруг света
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
Паркуем деньги Паркуем деньги

Стоит ли инвестировать в покупку машиномест

Деньги
Ямочки на щеках: почему появляются и можно ли их сделать Ямочки на щеках: почему появляются и можно ли их сделать

В чем особенности ямочек на щеках?

РБК
При жизни дважды вскрыли череп: жуткая история находки из некрополя лангобардов При жизни дважды вскрыли череп: жуткая история находки из некрополя лангобардов

Археологи обнаружили череп женщины, перенесшей очень болезненные процедуры

Вокруг света
Виртуальный роман: бегство от близости или инструмент саморазвития — разбор с психологами Виртуальный роман: бегство от близости или инструмент саморазвития — разбор с психологами

Что стоит за нашим желанием общаться заочно и зачастую инкогнито?

Psychologies
Ученые выяснили, как пристрастие к кокаину убивает мозг человека Ученые выяснили, как пристрастие к кокаину убивает мозг человека

Употребление кокаина ускоряет "возрастные" изменения мозга

TechInsider
Сырые темницы строгого режима: 10 самых страшных тюрем в истории России Сырые темницы строгого режима: 10 самых страшных тюрем в истории России

Страшные тюрьмы России: от Петропавловской крепости до «Черного дельфина»

Вокруг света
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

TechInsider
5 случаев, когда за искусственный интеллект выдавали реальных людей 5 случаев, когда за искусственный интеллект выдавали реальных людей

На рассвете своего развития многие компании выдавали живых работников за ИИ

TechInsider
Дмитрий Юрушкин: «Затраты себя не оправдают» Дмитрий Юрушкин: «Затраты себя не оправдают»

Как роторно-поршневой двигатель не совершил переворота в советском автопроме

Автопилот
«Не такой, как все»: 7 видов одиночества — узнайте вашу ситуацию «Не такой, как все»: 7 видов одиночества — узнайте вашу ситуацию

Видах «недуга», поражающего жителей современных мегаполисов

Psychologies
Айфон выключился и не включается: как решить проблему Айфон выключился и не включается: как решить проблему

Почему айфон может внезапно выключиться и что с этим сделать?

CHIP
Солнышко в руках: лучшие рецепты блинов (и не только) на Масленицу Солнышко в руках: лучшие рецепты блинов (и не только) на Масленицу

Рецепты сладких и соленых, простых и сложных блинов

Правила жизни
Как решать этические дилеммы на лету. Отрывок из книги преподавателя Стэнфорда Как решать этические дилеммы на лету. Отрывок из книги преподавателя Стэнфорда

Отрывок из книги Сьюзан Лиото «Сила этики»

СНОБ
Зачем новому Lexus LX 600 комплектация F Sport? Зачем новому Lexus LX 600 комплектация F Sport?

LX – премиальный внедорожник, который вполне осознанно можно испачкать в грязи

4x4 Club
Отеки, покраснение лица и деформация ногтей: 7 особенностей внешности, которые выдают проблемы с сердцем Отеки, покраснение лица и деформация ногтей: 7 особенностей внешности, которые выдают проблемы с сердцем

Как вовремя заметить сигналы организма и понять, что пора к врачу

Psychologies
Со всех концов света: стало известно, откуда египтяне получали вещества для создания мумий Со всех концов света: стало известно, откуда египтяне получали вещества для создания мумий

Чтобы жрецы могли бальзамировать тела, требовались долгие и опасные путешествия

Вокруг света
Команда «Ротор» Команда «Ротор»

Двигатель Ванкеля возвращается на конвейер

Автопилот
«Пока время не пришло, а потом будет поздно»: 5 мифов о любви — мнение семейного психотерапевта «Пока время не пришло, а потом будет поздно»: 5 мифов о любви — мнение семейного психотерапевта

Что нужно понять о любви, чтобы стать счастливее?

Psychologies
Открыть в приложении