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

Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Все, что делает наш мир лучше Все, что делает наш мир лучше

Новые технологии радикально изменят наш стиль жизни, заботу о себе

Men Today
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Социальное воздействие и позитивные изменения в России | Social impact and positive change in Russia Социальное воздействие и позитивные изменения в России | Social impact and positive change in Russia

Шесть экспертов о настоящем и будущем импакт-подхода в России

Позитивные изменения
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
То, как вы держите руль, может многое рассказать о вашей личности: простой психологический тест с неожиданными выводами То, как вы держите руль, может многое рассказать о вашей личности: простой психологический тест с неожиданными выводами

Вспомните, как вы привыкли водить, и узнайте несколько интересных фактов о себе

ТехИнсайдер
Следствие ведут биохимики Следствие ведут биохимики

Здесь хранятся уникальные артефакты, связанные с событиями последних веков...

ТехИнсайдер
От подручного уголька до систем распознавания рукописного текста: краткая эволюция письменных принадлежностей От подручного уголька до систем распознавания рукописного текста: краткая эволюция письменных принадлежностей

Чем и как писало человечество на разных этапах своей истории

Вокруг света
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
«Дочка» «Росатома» пообещала российским электромобилям уникальные батареи «Дочка» «Росатома» пообещала российским электромобилям уникальные батареи

Компания «Рэнера» обещает освоить производство батарей для электромобилей

РБК
Ла‑ла-вуд Ла‑ла-вуд

Как «Вавилон» Дэмиена Шазелла фальсифицирует голливудский миф

Weekend
«Со временем карты краснеют»: сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений «Со временем карты краснеют»: сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Правильная оценка сейсмической опасности может помочь предотвратить разрушения

Forbes
Страшное бессилие Страшное бессилие

«Раневская»: попытка биографии

Weekend

Как изменились герои сериала "Бедная Настя"

VOICE
Замена Мари Кондо: как работает парижская система уборки Мари Керу, созданная для семей с детьми Замена Мари Кондо: как работает парижская система уборки Мари Керу, созданная для семей с детьми

Концепция «экологии интерьера» от француженки Мари Керу

VOICE
Отдых в горах: 8 слагаемых успеха Отдых в горах: 8 слагаемых успеха

Важные составляющие качественного отдыха на горнолыжном курорте

СНОБ
Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра

Сколько бы лет нам ни было, смерть отца или матери всегда причиняет сильную боль

Psychologies
«Что такое любовь»: девять необычных ответов на извечный вопрос «Что такое любовь»: девять необычных ответов на извечный вопрос

Что говорят о романтике и близости антропологи, психологи и другие специалисты

Forbes
Как вести себя на первом свидании, чтобы оно не стало последним: 2 главных правила Как вести себя на первом свидании, чтобы оно не стало последним: 2 главных правила

Секреты, которые помогут снять напряжение во время первой встречи

Psychologies
Вам кажется, что вы не умеете строить отношения? Психолог объясняет, почему вы ошибаетесь Вам кажется, что вы не умеете строить отношения? Психолог объясняет, почему вы ошибаетесь

В чем возможные причины неудач в личной жизни и почему не стоит опускать руки

Psychologies
То ли еще будет То ли еще будет

Что футурологи говорят про секс

VOICE
Держись подальше: эти 6 продуктов вызывают неконтролируемую тягу и заставляют тебя набирать вес Держись подальше: эти 6 продуктов вызывают неконтролируемую тягу и заставляют тебя набирать вес

Против этой триггерной еды не устоит и самая прокачанная сила воли

VOICE
От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино

О чем снимают кино в Якутии и почему оно так нравится и зрителям, и критикам?

Psychologies
Что делать при землетрясении: ответы на 5 самых важных вопросов Что делать при землетрясении: ответы на 5 самых важных вопросов

Нужно ли стоять в дверном проеме или выбегать из здания при землетрясении?

Maxim
12 качеств, которые все ошибочно считают признаком ума 12 качеств, которые все ошибочно считают признаком ума

Как просто выявить фальшивого интеллектуала

Maxim
Как пережить расставание с любимым человеком? 7 советов для излечения травмы Как пережить расставание с любимым человеком? 7 советов для излечения травмы

Поэтапный план излечения от травмы после расставания

VOICE
«Бренессанс»: жизнь и карьера Брендана Фрейзера, который спустя годы неудач и провалов вернулся на голливудский олимп «Бренессанс»: жизнь и карьера Брендана Фрейзера, который спустя годы неудач и провалов вернулся на голливудский олимп

Что происходило в жизни и карьере Брендана Фрейзера в последние годы?

Правила жизни
Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things? Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things?

Психология потребительского выбора

Позитивные изменения
5 причин, по которым женщинам не удается достичь оргазма 5 причин, по которым женщинам не удается достичь оргазма

Женский оргазм устроен сложнее мужского — и влияют на него самые разные факторы

Psychologies
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
Открыть в приложении