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
«Метамышление» «Метамышление»

Как нейронауки помогают нам понять себя

N+1
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Все по парам! Все по парам!

Осваиваем Foodpairing – искусство составления продуктовых пар

Здоровье
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле

Ученые создали лед с плотностью почти такой же, как у жидкой воды

ТехИнсайдер
Форсаж-92 Форсаж-92

Выставка, с которой снова начался российский автомобильный рынок

Автопилот
7 остросюжетных сериалов, которые заставят задуматься о справедливости 7 остросюжетных сериалов, которые заставят задуматься о справедливости

Сериалы о том, существует ли карма и воздаяние на этой нелепой планете

Maxim
Звук тишины Звук тишины

Шесть простых стратегий для успокоения ума

Yoga Journal
В 9 миллиардах световых лет от Земли найдена галактика-каннибал - брат-близнец Млечного Пути В 9 миллиардах световых лет от Земли найдена галактика-каннибал - брат-близнец Млечного Пути

Телескоп Джеймса Уэбба обнаружил близнеца Млечного Пути

ТехИнсайдер
Дело было не в фигуре! 10 необычных привычек, которые делают женщин краше Дело было не в фигуре! 10 необычных привычек, которые делают женщин краше

10 нетипичных женских привычек, которые привлекают к нам взгляды мужчин

VOICE
Пополнившийся Пополнившийся

Exeed LX получил привод на все колеса

Автопилот
Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам

Какую роль в жизни подростков играет вопрос престижа

СНОБ
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
Закрытый клуб гениев: почему гендерное неравенство в математике так сложно преодолеть Закрытый клуб гениев: почему гендерное неравенство в математике так сложно преодолеть

Неравенство в точных науках обсуждается давно. Ситуация меняется, но медленно

Forbes
Ставки эпохи возрождения Ставки эпохи возрождения

Что ожидает рынки акций после рекордных провалов

Деньги
Что жизнь на Марсе может сделать с человеческим телом: почему идея Илона Маска покорить Красную планету неразумна Что жизнь на Марсе может сделать с человеческим телом: почему идея Илона Маска покорить Красную планету неразумна

Почему люди еще не готовы к покорению Красной планеты

ТехИнсайдер
Фруктоза может быть ключом к болезни Альцгеймера Фруктоза может быть ключом к болезни Альцгеймера

У исследователей есть новая гипотеза о движущей силе болезни Альцгеймера

ТехИнсайдер
20 реальных сокровищ, которые не найдут даже Индиана Джонс с Ларой Крофт 20 реальных сокровищ, которые не найдут даже Индиана Джонс с Ларой Крофт

Показываем бесценные артефакты человечества, которые считаются утерянными

Maxim
Наши сети притащили.... Путь к успеху и состояние Марка Цукерберга Наши сети притащили.... Путь к успеху и состояние Марка Цукерберга

Кто такой Марк Цукерберг и почему всех интересует его денежное состояние?

Цифровой океан
Блиц-интервью: Георгий Дронов Блиц-интервью: Георгий Дронов

Актер Георгий Дронов — об отношении к своей популярности и «папе» Борисе Клюеве

Лиза
Флегматик — кто он на самом деле: миролюбивый аналитик или бесячий лентяй? Флегматик — кто он на самом деле: миролюбивый аналитик или бесячий лентяй?

Какие же флегматики на самом деле и почему именно такие?

ТехИнсайдер
Корпоративные ценности: на что обратить внимание при устройстве на работу — 4 примера Корпоративные ценности: на что обратить внимание при устройстве на работу — 4 примера

Как понять корпоративную культуру компании?

Psychologies
Дом — полная чаша: как образ домохозяйки менялся в кино и в итоге пришел в TikTok Дом — полная чаша: как образ домохозяйки менялся в кино и в итоге пришел в TikTok

Как образ домохозяйки менялся на экране и почему не выдержал проверку временем

Forbes
ТОП 5 самых быстрых машин в мире ТОП 5 самых быстрых машин в мире

Каким четырехколесным богам сегодня поклоняются в мире?

РБК
История кроссовок Reebok Instapump Fury — любимой обуви Джеки Чана, покорившей баскетбольные площадки История кроссовок Reebok Instapump Fury — любимой обуви Джеки Чана, покорившей баскетбольные площадки

Reebok Instapump Fury — щеголь и трендсеттер среди кроссовок

Правила жизни
Максим Аверин: «Без театра не могу, но и кино обожаю» Максим Аверин: «Без театра не могу, но и кино обожаю»

Для меня театр — не геолокация, а способ путешествия в этом мире

Коллекция. Караван историй
Кажется, миллиардер и инвестор Алексей Феликсов может превратить в золото совсем все Кажется, миллиардер и инвестор Алексей Феликсов может превратить в золото совсем все

Если у вас нет королевской тиары или шапки Мономаха, вам к Феликсовым!

Собака.ru
Разобраться в механизме: как лечение редких заболеваний помогает развитию медицины Разобраться в механизме: как лечение редких заболеваний помогает развитию медицины

Почему от качества лечения редких заболеваний зависит будущее медицины

Forbes
Поход за соболем Поход за соболем

По одной из версий, ради соболя наши предки покорили Сибирь

Дилетант
Открыть в приложении