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

Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Какой источник энергии питал первые живые организмы на Земле? Какой источник энергии питал первые живые организмы на Земле?

Какая сила помогала первым живым существам расти и размножаться?

ТехИнсайдер
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
«Женщина становится более сексуальной»: как менопауза меняет жизнь — неочевидные преимущества «Женщина становится более сексуальной»: как менопауза меняет жизнь — неочевидные преимущества

Научный взгляд на вопрос секса после менопаузы от специалиста

Psychologies
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Не только «Она»: 10 фильмов об отношениях между людьми и искусственным интеллектом Не только «Она»: 10 фильмов об отношениях между людьми и искусственным интеллектом

Фильмы об отношениях людей с ИИ

Правила жизни
9 лучших кукольных советских мультфильмов 9 лучших кукольных советских мультфильмов

Кукольные мультфильмы из СССР, которые вы посмотрите с удовольствием

Maxim
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
Рейтинг брендов Рейтинг брендов

Новые марки, которые стали заметны на рынке за год

Forbes
Все идет по плану: почему Егор Летов и сегодня живее всех живых Все идет по плану: почему Егор Летов и сегодня живее всех живых

Каким человеком и музыкантом был Летов и чем он цепляет совершенно разных людей

Forbes
Нарциссическая личность: как она формируется и выражается в отношениях Нарциссическая личность: как она формируется и выражается в отношениях

У кого и как формируется нарциссический характер?

Psychologies
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
«Вы уверены только в своей неуверенности»: что мешает нам двигаться вперед — история клиента психолога «Вы уверены только в своей неуверенности»: что мешает нам двигаться вперед — история клиента психолога

История клиента, который много лет только репетировал жизнь

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

Как заботиться о печени правильно

Psychologies
«Я не фанат супергеройских историй»: Лиам Нисон о боевиках и своем актерском методе «Я не фанат супергеройских историй»: Лиам Нисон о боевиках и своем актерском методе

Лиам Нисон — о съемках и ирландском кино

Forbes
Людмила Иванова об Олеге Дале: «Его нужно было только понимать, принимать и прощать ему все, просто все. И больше ничего» Людмила Иванова об Олеге Дале: «Его нужно было только понимать, принимать и прощать ему все, просто все. И больше ничего»

При жизни Людмила Ивановна рассказала мне об Олеге Дале. Делюсь с вами

Коллекция. Караван историй
«Американки в Красной России» «Американки в Красной России»

Отрывок из книги Джулии Л. Микенберг «Американки в Красной России»

N+1
Ум за разум Ум за разум

ChatGPT: искусственный интеллект, который пошел в народ

Автопилот
Реальная любовь: 8 фильмов о том, какими бывают чувства Реальная любовь: 8 фильмов о том, какими бывают чувства

Киноподборка ко Дню всех влюбленных для тех, кто сказкам предпочитает быль.

Правила жизни
Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха

Все, что поможет подготовиться к путешествию и спланировать отпуск в Турции

Правила жизни
«Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу» «Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу»

Михаил Пришвин о людях, зверях и обществе

Weekend
В глубину души В глубину души

Никита Ефремов – о работе над душевным состоянием и корне слова «любовь»

Psychologies
Мордвинова уехала в США, Сагалова родила троих детей: что стало со звездами сериалов нулевых Мордвинова уехала в США, Сагалова родила троих детей: что стало со звездами сериалов нулевых

Что стало с кумирами прошлого?

VOICE
В новых реалиях В новых реалиях

Можно ли сегодня покупать и брать в чартер яхты в России и за её пределами?

Robb Report
Элегия жизни и смерти: зачем смотреть фильм «Больше, чем никогда» Элегия жизни и смерти: зачем смотреть фильм «Больше, чем никогда»

«Больше, чем никогда» — история, речь в которой заходит о том, о чем все молчат

РБК
Из мужской в женскую: 8 фактов о юбке, которые должны знать все, кто ее носит Из мужской в женскую: 8 фактов о юбке, которые должны знать все, кто ее носит

Краткая история юбки от древности до наших дней

Вокруг света
«Что подумают люди?»: как перестать подстраиваться под других — включите пофигизм «Что подумают люди?»: как перестать подстраиваться под других — включите пофигизм

Что такое «бюджет пофигизма» и как правильно распоряжаться ресурсами

Psychologies
Скульптурный портрет Евгения Богарне. Возвращение из «Небытия» Скульптурный портрет Евгения Богарне. Возвращение из «Небытия»

Мраморный бюст, который поступил в Государственный Русский музей в 1927 году

Наука и жизнь
Зрительный контакт: о чем расскажут глаза — 3 важных значения взгляда Зрительный контакт: о чем расскажут глаза — 3 важных значения взгляда

Зрительный контакт дает много информации о настроении и намерениях собеседника

Psychologies
Как жить, когда спокойно не сидится: жизнь с СДВГ Как жить, когда спокойно не сидится: жизнь с СДВГ

Как облегчить жизнь, если вы обнаружили у себя синдром дефицита внимания?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении