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

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
Кризис среднего возраста у мужчин: как пережить без потерь и вырасти как личность Кризис среднего возраста у мужчин: как пережить без потерь и вырасти как личность

В чем особенность кризиса среднего возраста у мужчин? Как преодолеть его?

Psychologies
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли

Что может произойти, если не избавляться от пугающих мыслей?

ТехИнсайдер
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Место для мечты Место для мечты

Самый ценный подарок, который вы можете себе сделать — взять и осуществить мечту

Men Today
Старикам везде у нас почет Старикам везде у нас почет

Самые уважаемые автомобильные марки в современной России

Автопилот
«Спасибо смерти…» «Спасибо смерти…»

Какой была Эльза Триоле, младшая сестра Лили Брик?

Дилетант
Ускользающие инопланетяне Ускользающие инопланетяне

Новая шкала инопланетных цивилизаций

Популярная механика
На спокойной волне На спокойной волне

Как справиться с панической атакой и перестроиться на спокойную волну?

Лиза
Голосовые ассистенты: насколько безопасно их использовать Голосовые ассистенты: насколько безопасно их использовать

Разбираемся в том, безопасно ли пользоваться голосовыми помощниками

CHIP
Три правила вкусной пасты Три правила вкусной пасты

Почему пасту не стоит варить по рекомендациям, указанным на упаковке?

СНОБ
Две твердыни Две твердыни

Дымы отечества с патриотичной продукцией из Ульяновска

Автопилот
Дислексия: проблема интеллекта или признак творческой личности Дислексия: проблема интеллекта или признак творческой личности

Ребенок пишет с наклоном в другую сторону или держит ручку не так, как все?

ТехИнсайдер
Инженеры создали датчик с эффективностью 200% - как это вообще возможно? Инженеры создали датчик с эффективностью 200% - как это вообще возможно?

Датчик, преобразующий свет в электрический сигнал с поразительной эффективностью

ТехИнсайдер
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
Могут ли собаки испытывать эмоции Могут ли собаки испытывать эмоции

Что мы знаем об эмоциях собак?

ТехИнсайдер
Эффект Кейт Буш: как сериалы и фильмы возвращают в топ старые песни Эффект Кейт Буш: как сериалы и фильмы возвращают в топ старые песни

Рассказываем про композиции, которым сериалы подарили вторую жизнь

Forbes
8 самых страшных пятен от пищи и простые способы их удаления 8 самых страшных пятен от пищи и простые способы их удаления

Справиться со сложными пятнами по силам каждому! Изучите эти базовые правила

ТехИнсайдер
«У Ярослава просмотров за 2 часа столько, сколько у Екатерины за неделю»: юрист из Москвы провела эксперимент и заменила в резюме пол на мужской «У Ярослава просмотров за 2 часа столько, сколько у Екатерины за неделю»: юрист из Москвы провела эксперимент и заменила в резюме пол на мужской

Женщин-кандидаток на руководящие должности отсеивают уже на этапе резюме

Правила жизни
Окситоцин: панацея от всех бед Окситоцин: панацея от всех бед

Действительно ли окситоцин всемогущ?

ТехИнсайдер
«Я же предупреждал вас, чертовы дураки» «Я же предупреждал вас, чертовы дураки»

Как Герберт Уэллс предсказал обе мировые войны, но его никто не слушал

Weekend
Какой вид спорта выбрать, если куришь: объясняет врач Какой вид спорта выбрать, если куришь: объясняет врач

Насколько здоровье курильщиков позволяет им заниматься спортом и какой лучше?

Maxim
«Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику «Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику

Ученая Нина Демме осталась в истории первой профессиональной полярницей

Forbes
Не Канны или Венеция: почему победители Берлинале не добиваются международного успеха Не Канны или Венеция: почему победители Берлинале не добиваются международного успеха

Что значат решения жюри на Берлинале?

Forbes
Бани, хор певчих и тур по Европе: свадебные традиции в XIX веке Бани, хор певчих и тур по Европе: свадебные традиции в XIX веке

От бала невест и сватовства до девичника в бане и путешествия по Европе

Культура.РФ
Дело вкуса Дело вкуса

Как творчески обновить обои и при этом сэкономить

Добрые советы
Умерший 9600 лет назад южноамериканец Зузу обрел лицо Умерший 9600 лет назад южноамериканец Зузу обрел лицо

Бразильские исследователи реконструировали внешность индивида по имени Зузу

N+1
Черное золото на Крайнем Севере: как добывают нефть в Арктике Черное золото на Крайнем Севере: как добывают нефть в Арктике

Нефтедобывающая платформа «Приразломная», работающая на шельфе, уникальна

Вокруг света
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.
Открыть в приложении