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

Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Сергей Карпищенко: «Есть люди болезненные и менее болезненные. Это зависит не только от состояния иммунитета, но и от климата, условий жизни, питания, и многих других причин» Сергей Карпищенко: «Есть люди болезненные и менее болезненные. Это зависит не только от состояния иммунитета, но и от климата, условий жизни, питания, и многих других причин»

Доктор наук отвечает на важные вопросы на тему оториноларингологии

Здоровье
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Злачное тесто: краткая история хлеба, который всему голова Злачное тесто: краткая история хлеба, который всему голова

Есть один продукт, который не приедается никогда

Вокруг света
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю

Три примера на тему гибели Земли из современной фантастики

ТехИнсайдер
Бить или не бить Бить или не бить

Эксперимент, поставленный на аукционных торгах

Автопилот
Расставили нейросети: поработит ли нас искусственный интеллект Расставили нейросети: поработит ли нас искусственный интеллект

История взаимоотношений "человек — машина" с 1800-х по настоящее время

Правила жизни
Еда, которая не убивает планету Еда, которая не убивает планету

Прокормить постоянно растущее человечество помогут микроорганизмы

ТехИнсайдер
Ставки эпохи возрождения Ставки эпохи возрождения

Что ожидает рынки акций после рекордных провалов

Деньги
Топ-5 упражнений на выносливость Топ-5 упражнений на выносливость

Эти упражнения стоит освоить каждому!

Лиза
Женщины в космосе: опасность, предубеждения и покорение Луны и Марса Женщины в космосе: опасность, предубеждения и покорение Луны и Марса

Почему женщины редко летают в космос?

Forbes
Астероид имени Ахматовой: как мемориальная культура сохраняет женские имена Астероид имени Ахматовой: как мемориальная культура сохраняет женские имена

Как активисты пытаются вернуть женские имена в область культурной памяти

Forbes
Как бывший гендиректор «Мегафона» стал совладельцем крупнейших компаний Рунета Как бывший гендиректор «Мегафона» стал совладельцем крупнейших компаний Рунета

Как Иван Таврин стал акционером крупнейших компаний Рунета?

Forbes
Почему в Азии предпочитают есть палочками? Ведь вилкой же удобней! Почему в Азии предпочитают есть палочками? Ведь вилкой же удобней!

Как появились палочки для еды?

ТехИнсайдер
Как и почему появляются родинки на теле? Как и почему появляются родинки на теле?

Родинки — сигнал нашего тела о каких-то внутренних процессах?

ТехИнсайдер
«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
Что будет, если целый год вообще не покупать новую одежду: эксперимент стилиста Что будет, если целый год вообще не покупать новую одежду: эксперимент стилиста

Можно ли не покупать новую одежду?

VOICE
«Слишком быстро кончил»: почему так бывает и как изменить сценарий секса «Слишком быстро кончил»: почему так бывает и как изменить сценарий секса

Что можно сделать, чтобы продлить удовольствие — себе и партнерше?

Psychologies
Подорожало все. Как за год изменилась стоимость владения автомобилем Подорожало все. Как за год изменилась стоимость владения автомобилем

Что еще изменилось с февраля для водителей при обслуживании машин

РБК
День счастья День счастья

“Какой день вы можете назвать самым счастливым в своей жизни?”

Men Today
Топ-10 приемов, которые за пару дней улучшили ментальное здоровье людей (реальные истории!) Топ-10 приемов, которые за пару дней улучшили ментальное здоровье людей (реальные истории!)

Что делать, если ваше ментальное состояние дало сбой?

Psychologies
Война за Аляску Война за Аляску

Как проходило освоение Россией Аляски

Дилетант
Кто такой Франсуа Рабле? Кто такой Франсуа Рабле?

Исчерпывающий ответ за 2 минуты: кто такой Франсуа Рабле?

Вокруг света
Самые главные и культовые водки СССР Самые главные и культовые водки СССР

У разных брендов советских водок были свои почитатели!

Maxim
Неандертальцы поймали крабов и поджарили их на углях Неандертальцы поймали крабов и поджарили их на углях

Находки из португальской пещеры Фигейра-Брава

N+1
Как в V веке пытались предотвратить восстание мертвецов? История «вампира из Луньяно» и других детей Как в V веке пытались предотвратить восстание мертвецов? История «вампира из Луньяно» и других детей

Как люди поздней Античности сражались со сверхъестественными силами

Вокруг света
Импакт и импакт-инвестиции в СМИ и социальных медиа | Impact and impact investing in traditional and social media Импакт и импакт-инвестиции в СМИ и социальных медиа | Impact and impact investing in traditional and social media

Как устроено импакт-инвестирование в России

Позитивные изменения
Вдова Владислава Стржельчика: «В театре его без иронии называли Ваше превосходительство» Вдова Владислава Стржельчика: «В театре его без иронии называли Ваше превосходительство»

Известного артиста Владислава Стржельчика обожали театралы и зрители кино

Коллекция. Караван историй
Этот актер играл Арагорна во Этот актер играл Арагорна во

Стюарт Таунсенд мог сыграть Арагорна

VOICE
Открыть в приложении