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

Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
Плохие хорошие мысли Плохие хорошие мысли

Бывают случаи, когда от черных очков пользы больше, чем от розовых

Добрые советы
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
«Империя света» Сэма Мендеса — главный кинопровал 2023 года. Как так вышло? «Империя света» Сэма Мендеса — главный кинопровал 2023 года. Как так вышло?

«Империя света» — ретро-мелодрама, ставшая не событием, а разочарованием

Правила жизни
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Безразличие, замкнутость, заторможенность: что такое эмоциональная бесчувственность — 8 признаков Безразличие, замкнутость, заторможенность: что такое эмоциональная бесчувственность — 8 признаков

Как проявляется и лечится эмоциональная бесчувственность

Psychologies
Девушка стала «твердой как дерево» от холода, но смогла выжить: чудо или простая анатомия? Девушка стала «твердой как дерево» от холода, но смогла выжить: чудо или простая анатомия?

Ранним утром в канун Нового года мужчина наткнулся на тело своей подруги

Популярная механика
Обман дара Обман дара

Как возникла самая знаменитая фальшивка Средневековья

Weekend
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу

Как понять, что пришло время прекратить дружбу?

VOICE
Валерия: «Старость – это когда тянет к земле. А я стремлюсь вверх!» Валерия: «Старость – это когда тянет к земле. А я стремлюсь вверх!»

О жизни на две пятерки, творчестве, детях и муже Иосифе Пригожине

Добрые советы
Методика Outcome Mapping | Outcome Mapping, or Creating a map of behavioral changes Методика Outcome Mapping | Outcome Mapping, or Creating a map of behavioral changes

Создание карт поведенческих изменений

Позитивные изменения
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Философы античности верили во множественность обитаемых миров

Наука и жизнь
Куда ведут весенние палы лугов? Куда ведут весенние палы лугов?

Как реагирует на весенний пал растительность лугов, как меняется её структура?

Наука и жизнь
Как делали мумии. Ученые реконструировали методы древнеегипетской похоронной мастерской Как делали мумии. Ученые реконструировали методы древнеегипетской похоронной мастерской

Как была устроена мастерская бальзамировщика в Древнем Египте

ТехИнсайдер
Что такое грог и как его сделать в домашних условиях Что такое грог и как его сделать в домашних условиях

Для тебя грог звучит романтически, а для моряков XVIII века он стал трагедией!

Maxim
«Боюсь делать минет»: 4 главных принципа орального секса — советы эксперта «Боюсь делать минет»: 4 главных принципа орального секса — советы эксперта

Главные препятствия на пути к самому желанному сексуальному навыку — минету

Psychologies
Эротический массаж Эротический массаж

Техники и советы, которые помогут получить удовольствие вдвоем

Лиза
Почему он со мной не делится: 7 причин замкнутости подростка Почему он со мной не делится: 7 причин замкнутости подростка

Почему подростки перестают общаться со своими родителями

СНОБ
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
I’m queen: так ли привлекателен этот образ, как кажется I’m queen: так ли привлекателен этот образ, как кажется

Королевская самооценка — то, к чему надо стремиться. А надо ли?

VOICE
Особый взгляд Особый взгляд

Как в мастерской шаг за шагом рождается индивидуальная оправа ручной работы

Robb Report
К годовщине со дня рождения Виктора Гюго: 7 французских писателей, книги которых стоит перечитать К годовщине со дня рождения Виктора Гюго: 7 французских писателей, книги которых стоит перечитать

Гид по знаменитым произведениям французских авторов

СНОБ
Какие наши годы Какие наши годы

Вычисляем свой морфотип и принимаем меры по удержанию «ускользающей красоты»

Добрые советы
«Спи, учи стихи или умри»: зачем программисту хорошая память и как её улучшить «Спи, учи стихи или умри»: зачем программисту хорошая память и как её улучшить

Для успехов в работе с кодом недостаточно технических знаний и логики

VC.RU
Робот следует в парк Робот следует в парк

Беспилотный электромобиль, который способен заменить отряд дворников

Эксперт
Как в старину гадали на святки? Как в старину гадали на святки?

Какими были святочные гадания?

Культура.РФ
Охота за микробами в масштабе всей страны Охота за микробами в масштабе всей страны

В Новосибирске создан крупнейший в стране генетический банк микроорганизмов

Эксперт
Как правильно вмешаться в ссору близких и нужно ли вообще это делать? Как правильно вмешаться в ссору близких и нужно ли вообще это делать?

Если два близких тебе человека поссорились, лучше всего как можно быстрее бежать

VOICE
9 причин всегда хранить дома банку кокосового масла: гениальные лайфхаки для дома и сада 9 причин всегда хранить дома банку кокосового масла: гениальные лайфхаки для дома и сада

Все лайфхаки с кокосовым маслом, которые можно применить дома

ТехИнсайдер
Открыть в приложении