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
«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
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
«Только встала, уже устала»: почему мы не высыпаемся и как это исправить «Только встала, уже устала»: почему мы не высыпаемся и как это исправить

Что довольно часто скрывается за плохим качеством сна?

Psychologies
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Фото на документы Фото на документы

Фотографии прошлых дней: низкопоклонство перед западом и мороженое по Фрейду

Автопилот
Генералы песчаных карьеров Генералы песчаных карьеров

Шагающие экскаваторы, или драглайны, – самые большие мобильные наземные машины

ТехИнсайдер
История кроссовок Reebok Instapump Fury — любимой обуви Джеки Чана, покорившей баскетбольные площадки История кроссовок Reebok Instapump Fury — любимой обуви Джеки Чана, покорившей баскетбольные площадки

Reebok Instapump Fury — щеголь и трендсеттер среди кроссовок

Правила жизни
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
«Женщины войны»: сериал о героинях, которым приходится бороться на два фронта «Женщины войны»: сериал о героинях, которым приходится бороться на два фронта

«Женщины войны» — история героинь, которые встречаются осенью 1914 года

Forbes
Открыть сердце: как решиться? Открыть сердце: как решиться?

Мы находим тысячу аргументов, чтобы не сокращать дистанцию. Почему?

Psychologies
«Уязвимость вдохновляет»: как рак изменил мои взгляды на мир «Уязвимость вдохновляет»: как рак изменил мои взгляды на мир

Как меняется логика человека после столкновения с таким тяжелым диагнозом

Psychologies
На его стороне На его стороне

Как приободрить и утешить того, кто отказывается от любой помощи?

Лиза
14 способов признаться себе в любви не только на словах 14 способов признаться себе в любви не только на словах

Чтобы дарить любовь другим людям, важно сначала позаботиться о себе

Правила жизни
Не могу сказать «прости» Не могу сказать «прости»

Как правильно просить прощения?

Лиза
Что такое Rivian R1S, как он едет и зачем нужен? Делимся впечатлениями Что такое Rivian R1S, как он едет и зачем нужен? Делимся впечатлениями

Поговорим о трёхрядном внедорожнике Rivian R1S

4x4 Club
Новый вид “американского морского черта” заметили в Атлантике. Рыба с Новый вид “американского морского черта” заметили в Атлантике. Рыба с

Неизвестный представитель и без того непростого вида рыб

ТехИнсайдер
Вулканы, которых не было Вулканы, которых не было

Самые знаменитые выдуманные вулканы

Вокруг света
Жизнь других Жизнь других

Жизнь проходит мимо вас, пока другие берут от нее всё? Скорее всего, у вас FOMO

Men Today
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
Это нужно знать всем родителям, чьи дети сидят в соцсетях! Советы по безопасности Это нужно знать всем родителям, чьи дети сидят в соцсетях! Советы по безопасности

Родителям стоит кое-что знать о том, как обезопасить ребенка в соцсетях

ТехИнсайдер
«Другая жизнь» Джоди Чапмен: роман о памяти и шансе начать все с начала «Другая жизнь» Джоди Чапмен: роман о памяти и шансе начать все с начала

Отрывок из романа «Другая жизнь» — с чем способна справиться любовь

Forbes
«Назад в 90-е»: почему мы снова верим в Вангу и тарологов «Назад в 90-е»: почему мы снова верим в Вангу и тарологов

Объявления тарологов и магов набирают популярность. Что это говорит о нас?

Psychologies
Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях

Несколько шагов, которые помогут сделать ваш союз сильнее

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
«Универсальная линейка»: подход к оценке социального воздействия глобальной сети импакт-инвесторов | Universal milestone: the global impact investing network’s approach to assessing social impact «Универсальная линейка»: подход к оценке социального воздействия глобальной сети импакт-инвесторов | Universal milestone: the global impact investing network’s approach to assessing social impact

Методика оценки социально-экономического воздействия некоммерческих проектов

Позитивные изменения
Можно ли учиться во сне? Можно ли учиться во сне?

А нельзя ли совместить сон с каким-нибудь занятием? Например, с учебой?

Наука и жизнь
Симптомы ПТСР и его последствия: мнение психиатра Симптомы ПТСР и его последствия: мнение психиатра

ПТСР: как оно проявляется и можно ли его вылечить?

Psychologies
Шимпанзе переняли рукопожатие у старших и влиятельных сородичей Шимпанзе переняли рукопожатие у старших и влиятельных сородичей

Позаимствовать социальные обычаи друг у друга обезьянам помогли предубеждения

N+1
Дремлющие драконы Дремлющие драконы

Супервулканы спят десятки тысяч лет, а проснувшись, засыпают пеплом континенты

Вокруг света
Открыть в приложении