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
На спокойной волне На спокойной волне

Как справиться с панической атакой и перестроиться на спокойную волну?

Лиза
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Вокруг света Вокруг света

Об интерьерных традициях, которые стоит перенять у жителей разных стран

Лиза
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Наташа Кампуш: как сегодня живет самая известная жертва похищения Наташа Кампуш: как сегодня живет самая известная жертва похищения

В 2006 году история Наташи Кампуш из Австрии прогремела на весь мир

VOICE
Топ-5 портативных игровых консолей: на чем играть в 2023 году? Топ-5 портативных игровых консолей: на чем играть в 2023 году?

Почему портативные консоли заслуживают вашего внимания

CHIP
Слишком мечтательная феминистка: как Незихе Мухиддин боролась за равноправие в Турции Слишком мечтательная феминистка: как Незихе Мухиддин боролась за равноправие в Турции

Вспоминаем историю феминистки Незихе Мухиддин

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Веками учёные настойчиво искали «космическое чудо»

Наука и жизнь
7 продуктов, которые поддержат силы в пост 7 продуктов, которые поддержат силы в пост

Какие продукты помогут не испытывать голод и усталость в пост?

РБК
Стоит насторожиться или само пройдет? Стоит насторожиться или само пройдет?

Откуда берутся белые пятна на ногтях рук?

Лиза
Вместе веселей: 7 животных, которые проводят время в тесной компании соплеменников Вместе веселей: 7 животных, которые проводят время в тесной компании соплеменников

В жизни многих видов животных есть моменты, когда они вступают в «колхоз»

Вокруг света
Железные аргументы ISUZU D-Max Железные аргументы ISUZU D-Max

ISUZU D-Max — комфортный пикап, рассчитанный на тяжелые грузы

4x4 Club
Как перестать постоянно думать о плохом: простой способ — 2 случая из практики психолога Как перестать постоянно думать о плохом: простой способ — 2 случая из практики психолога

Психолог делится работающим способом использовать негативные мысли на благо

Psychologies
Сонный паралич: болезнь, знак ведьмы или вариант нормы Сонный паралич: болезнь, знак ведьмы или вариант нормы

Сонный паралич: страшное, но достаточно безобидное явление

ТехИнсайдер

Как возникают мифы о женщинах и кто их распространяет

VOICE
Как быстро убрать живот и привести себя в форму Как быстро убрать живот и привести себя в форму

Что делать, если покрасоваться подтянутой фигурой хочется уже сейчас?

ТехИнсайдер
«Утечка мозгов»: как дети делают нас глупее, но добрее «Утечка мозгов»: как дети делают нас глупее, но добрее

Что меняется в голове у мам, пап и бабушек и почему после рождения ребенка?

СНОБ
Кто-то зовет в снежной степи: чем привлекает бурятское современное искусство Кто-то зовет в снежной степи: чем привлекает бурятское современное искусство

Мифические существа и нежные натюрморты: работы художницы Аллы Цыбиковой

Forbes
Как делают спирт для водки: объясняем на пальцах принцип ректификации Как делают спирт для водки: объясняем на пальцах принцип ректификации

Что такое дистилляты и ректификаты? Как происходит ректификация?

Maxim
Что я в нем нашла? Что я в нем нашла?

На определенный тип мужчин реагируем по принципу «ты чуть вошел – я вмиг узнала»

Лиза

Самые невероятные конспирологические теории о знаменитостях

VOICE
«Россия в шубе» «Россия в шубе»

Русский мех: история, национальная идентичность и культурный статус

N+1
Брэд Питт вошел в топ-10 самых высокооплачиваемых артистов года. Анджелины Джоли в списке нет Брэд Питт вошел в топ-10 самых высокооплачиваемых артистов года. Анджелины Джоли в списке нет

Брэд Питт оказался в числе самых финансово успешных представителей шоу-бизнеса

VOICE
Неправильная феминистка: как писательница Колетт пыталась придумать сильную героиню Неправильная феминистка: как писательница Колетт пыталась придумать сильную героиню

Отрывок из книги «Прощай, грусть!» — переосмысление французской классики

Forbes
Бани, хор певчих и тур по Европе: свадебные традиции в XIX веке Бани, хор певчих и тур по Европе: свадебные традиции в XIX веке

От бала невест и сватовства до девичника в бане и путешествия по Европе

Культура.РФ
Взаимодействие людей в группах, подчиняется законам спиновых стекол Взаимодействие людей в группах, подчиняется законам спиновых стекол

Взаимодействие людей в социальных сетях можно описать уравнением спиновых стекол

ТехИнсайдер
Ученый предложил простое научное объяснение случаям встречи человека и йети Ученый предложил простое научное объяснение случаям встречи человека и йети

Кого люди видели в темном лесу: йети или просто медведя?

ТехИнсайдер
Как украсить стену над кроватью. Идеи от дизайнера Как украсить стену над кроватью. Идеи от дизайнера

Как оформить зону у изголовья кровати: комментарии дизайнера

Лиза
7 предметов одежды, в которых категорически не рекомендуется спать 7 предметов одежды, в которых категорически не рекомендуется спать

Качество сна зависит не только от окружающей среды, мягкости постели и здоровья

ТехИнсайдер
Открыть в приложении