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
Выглядит просто смешно: эти аксессуары на женщинах 40+ смотрятся нелепо - носить не стоит! Выглядит просто смешно: эти аксессуары на женщинах 40+ смотрятся нелепо - носить не стоит!

Возможно, тебе стоит пересмотреть актуальность своих аксессуаров

VOICE
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Как фестиваль независимого кино «Сандэнс» смог добиться гендерного равенства Как фестиваль независимого кино «Сандэнс» смог добиться гендерного равенства

Рекомендуем фильмы с фестиваля «Сандэнс», снятые женщинами-режиссерами

Forbes
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
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
Чжунго, Хуася или Поднебесная: сколько имен у Китая и какое из них правильное Чжунго, Хуася или Поднебесная: сколько имен у Китая и какое из них правильное

Почему у одной страны так много названий

Популярная механика
5 увлекательных фэнтези-романов, основанных на реальных событиях 5 увлекательных фэнтези-романов, основанных на реальных событиях

Фэнтезийные романы, вдохновленные земной историей

Maxim
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Тушь-плевательница и бритва вместо скальпеля: как в СССР возникла индустрия красоты Тушь-плевательница и бритва вместо скальпеля: как в СССР возникла индустрия красоты

Существует стереотип, что советским женщинам не было дела до красоты. Это не так

Вокруг света
Ничего не обещай: почему новогодние резолюции не работают и что с этим делать Ничего не обещай: почему новогодние резолюции не работают и что с этим делать

Почему новогодние обещания уже на первой странице календаря превращаются в тыкву

Inc.
Ядерный проект: как шла гонка по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны Ядерный проект: как шла гонка по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны

Отрывок из книги Сэма Кина «Отряд отморозков» — о Вернере Гейзенберге

Forbes
Чуть не съела акула: звезды, которые едва не погибли в самых опасных ситуациях Чуть не съела акула: звезды, которые едва не погибли в самых опасных ситуациях

Этим звездам повезло выжить, хотя они были на волосок от смерти

VOICE
Деньги с неба Деньги с неба

Как в своем стремлении получить выгоду не попасться на крючок мошенников

Лиза
Материнство по выбору: женщины, боровшиеся за право на контрацепцию Материнство по выбору: женщины, боровшиеся за право на контрацепцию

Рассказываем о секс-просветительницах, которых даже тюрьма не останавливала

Forbes
Женские дуэли: как дамы вызывали друг друга на поединки и почему их схватки были более жестокие и кровавые, чем мужские Женские дуэли: как дамы вызывали друг друга на поединки и почему их схватки были более жестокие и кровавые, чем мужские

Женщины тоже были не прочь посостязаться друг с другом

ТехИнсайдер
Как Tesla и другие производители электромобилей используют детский труд Как Tesla и другие производители электромобилей используют детский труд

Кобальт для заводов Tesla добывают с использованием детского труда

Forbes
О чем говорят мужчины: откровенная беседа читателей о любви — 5 историй О чем говорят мужчины: откровенная беседа читателей о любви — 5 историй

Пять мужчин — о встречах, расставаниях, изменах, романах и о любви

Psychologies
В канализации Рима найдена статуя древнего императора, одетого как Геракл В канализации Рима найдена статуя древнего императора, одетого как Геракл

Неужели в Древнем Риме был император-Геркулес?

ТехИнсайдер
Во Франции нашли поселение строителей мегалитов Во Франции нашли поселение строителей мегалитов

Поселение мегалитов во Франции датируется V тысячелетием до нашей эры

N+1
Успеть до весны: 5 процедур, которые стоит сделать прямо сейчас Успеть до весны: 5 процедур, которые стоит сделать прямо сейчас

Специалисты считают зиму лучшим периодом для активных омолаживающих процедур

Правила жизни
Что общего у слона и голого землекопа? Долгая жизнь! И вот почему Что общего у слона и голого землекопа? Долгая жизнь! И вот почему

Почему одни виды млекопитающих живут намного дольше других

Вокруг света
Кругом тёзки Кругом тёзки

В живом мире плодятся всё новые и новые тёзки

Наука и жизнь
Что известно о новом креативном директоре Louis Vuitton Фаррелле Уильямсе Что известно о новом креативном директоре Louis Vuitton Фаррелле Уильямсе

Какие модные проекты запускал Фаррелл Уильямс параллельно с музыкальной карьерой

СНОБ
Почему спать днем полезно: 2 главные причины — узнайте, как делать это правильно Почему спать днем полезно: 2 главные причины — узнайте, как делать это правильно

Зачем спать днем?

Psychologies
Магия и выжженные пустоши: cамые интересные книги жанра постапокалипсис-фэнтези Магия и выжженные пустоши: cамые интересные книги жанра постапокалипсис-фэнтези

Что будет, если в постапокалипсис добавить элементы фэнтези?

Maxim
Гид «Сноба» по Катару. Вижу искусство, слышу его, говорю о нем Гид «Сноба» по Катару. Вижу искусство, слышу его, говорю о нем

Арт-гид для ценителей современного искусства по Катару

СНОБ
Деменция Брюса Уиллиса и не только: самые страшные диагнозы звезд Голливуда Деменция Брюса Уиллиса и не только: самые страшные диагнозы звезд Голливуда

Кто из звезд обнародовал свои серьезные болезни

VOICE
Две твердыни Две твердыни

Дымы отечества с патриотичной продукцией из Ульяновска

Автопилот
Как вести интимный дневник: 6 главных принципов — улучшите сексуальную жизнь Как вести интимный дневник: 6 главных принципов — улучшите сексуальную жизнь

Ведение интимного дневника — способ изучить нашу сексуальную жизнь

Psychologies
Открыть в приложении