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
Она поборола рак крови и груди и перестала беспокоиться из-за телосложения. Но только после 60 лет Она поборола рак крови и груди и перестала беспокоиться из-за телосложения. Но только после 60 лет

Лишь после преодоления смертельной болезни Сильви взглянула на свое тело иначе

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Выхода нет: что такое цугцванг и как из него выбраться Выхода нет: что такое цугцванг и как из него выбраться

Что такое цугцванг в общественной и личной жизни и как с ним справиться

Forbes
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Нобелевка по-русски: как в России появилась первая частная премия для ученых Нобелевка по-русски: как в России появилась первая частная премия для ученых

Заслуга в учреждении премии для ученых принадлежит представителю семьи Демидовых

Вокруг света
Был ли аншлюс ГДР? Был ли аншлюс ГДР?

Читаем новый единый учебник всеобщей истории для 11 класса

Дилетант
Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things? Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things?

Психология потребительского выбора

Позитивные изменения
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Как правильно собирать чемодан: лайфхаки, которые помогут компактно упаковать вещи Как правильно собирать чемодан: лайфхаки, которые помогут компактно упаковать вещи

Как компактно собрать чемодан, чтобы в него поместилось все необходимое

ТехИнсайдер
Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион

Как заботиться о печени правильно

Psychologies
Как критика может разрушить жизнь человека: показательные итоги эксперимента Уэнделла Джонсона Как критика может разрушить жизнь человека: показательные итоги эксперимента Уэнделла Джонсона

«Чудовищный эксперимент» — опыт, проведенный психологом Уэнделлом Джонсоном

VOICE
Топ-10 свадебных ромкомов: красивые, безбашенные и трогательные Топ-10 свадебных ромкомов: красивые, безбашенные и трогательные

Лучшие свадебные ромкомы: от классических комедий девяностых до свежих новинок

VOICE
«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
Как поддерживать иммунитет: 4 принципа питания — советы нутритерапевта Как поддерживать иммунитет: 4 принципа питания — советы нутритерапевта

Нутритерапевт делится главными принципами здорового питания

Psychologies
Лучший секс в жизни: 7 личных историй мужчин и женщин — прочитайте откровенные признания Лучший секс в жизни: 7 личных историй мужчин и женщин — прочитайте откровенные признания

Семь откровенных историй о незабываемых моментах страсти

Psychologies
Год без лета Год без лета

Извержение вулкана Тамбора в 1815 году стало самым мощным в истории человечества

Вокруг света
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
Нет дыма без огня Нет дыма без огня

Ироничный спор об искусстве на картине Диего Веласкеса

Вокруг света
«Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре «Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре

«Консультант» — каким получился сериал со звездой «Бесславных ублюдков»

Forbes
Дворцы, пещеры, горящая гора: 5 причин отправиться в Иран Дворцы, пещеры, горящая гора: 5 причин отправиться в Иран

Начать знакомство с Ираном можно со столицы и ближайших окрестностей

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
От романтики гидростанций до дефицита бетона: как в СССР снимали кино о производстве От романтики гидростанций до дефицита бетона: как в СССР снимали кино о производстве

Кино о производстве: от энтузиазма постройки ГЭС до разочарования в системе

Forbes
Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов

Это не первый случай, когда судоходные компании становятся жертвами кибератак

ТехИнсайдер
«Внутренне я нахожусь все еще в Чечне» «Внутренне я нахожусь все еще в Чечне»

Малика Мусаева о своем фильме «Клетка ищет птицу» из конкурса Берлинале

Weekend
Шведские ученые выяснили, что у растительных заменителей мяса часто нет питательной ценности Шведские ученые выяснили, что у растительных заменителей мяса часто нет питательной ценности

Многие заменители мясо содержат много железа, но не все оно усваивается

Inc.
Какие отсылки и совпадения заметили фанаты игры The Last of Us в одноименном сериале Какие отсылки и совпадения заметили фанаты игры The Last of Us в одноименном сериале

Какие отсылки и совпадения зрители нашли в сериале The Last of Us

СНОБ
Первый путь на запад Первый путь на запад

В XVII веке скромная голландская экспедиция открыла мыс Горн

Вокруг света
Полина Кардымон Полина Кардымон

В Полине Кардымон чуть ли не все качества нового поколения российских режиссеров

СНОБ
7 классных идей, как повторно использовать пустые пластиковые бутылки 7 классных идей, как повторно использовать пустые пластиковые бутылки

Старые бутылки разного объема можно применить в хозяйстве

ТехИнсайдер
Открыть в приложении