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
12 ложных признаков хорошего любовника 12 ложных признаков хорошего любовника

Как девушке не ошибиться при выборе любовника?

Maxim
Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
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
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Как уменьшить размер одежды в домашних условиях? Как уменьшить размер одежды в домашних условиях?

Как можно сделать усадку одежды своими руками?

ТехИнсайдер
«Наше оружие — это разговоры»: почему тюрьмы в Норвегии считаются лучшими в мире «Наше оружие — это разговоры»: почему тюрьмы в Норвегии считаются лучшими в мире

Что произойдет, если мы начнем относиться к преступникам как к обычным людям?

Psychologies
Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион

Как заботиться о печени правильно

Psychologies
Пространство новых материалов Пространство новых материалов

Как один ученый придумал альтернативу таблице Менделеева

Популярная механика
Оптимизм и пессимизм: какой взгляд на мир выигрышнее — мнение психолога Оптимизм и пессимизм: какой взгляд на мир выигрышнее — мнение психолога

Насколько сильно наша жизнь зависит от того, какую оптику мы выбираем?

Psychologies
Как говорить с партнером о сексе Как говорить с партнером о сексе

Как нужно говорить с партнером о своих желаниях и страхах в сексе

СНОБ
Подобрать образ для метавселенной: как индустрия моды примеряет на себя мир NFT Подобрать образ для метавселенной: как индустрия моды примеряет на себя мир NFT

Какие проекты, связанные с NFT, запускаются в индустрии моды

Forbes
Обновлённый BMW X5 против обновлённого Mercedes-Benz GLE Обновлённый BMW X5 против обновлённого Mercedes-Benz GLE

Два извечных соперника обновлены для 2024 модельного года

4x4 Club
Биполярное расстройство: из крайности в крайность Биполярное расстройство: из крайности в крайность

Насколько серьезно биполярное расстройство и чем оно опасно для человека?

ТехИнсайдер
Впереди «Большая перемена» | Big Break Ahead Впереди «Большая перемена» | Big Break Ahead

Векторы развития нового движения детей и молодежи

Позитивные изменения
3 способа (не) обесценивать себя: мужчины честно о том, как используют слабые стороны женщин 3 способа (не) обесценивать себя: мужчины честно о том, как используют слабые стороны женщин

Как и почему три кита успешных отношений могут обернуться против вас

Psychologies
«Печать ведет себя все хуже»: как в Российской империи и СССР цензурировали СМИ «Печать ведет себя все хуже»: как в Российской империи и СССР цензурировали СМИ

Рассказываем о становлении и развитии цензуры в прессе и публицистике

Forbes
5 незаезженных фильмов о настоящей любви 5 незаезженных фильмов о настоящей любви

Неожиданные фильмы о любви, которых нет в традиционных списках лавстори

Psychologies
Хотите, чтобы люди помнили, что вы говорите? Эксперт по коммуникациям поделился 1 упражнением Хотите, чтобы люди помнили, что вы говорите? Эксперт по коммуникациям поделился 1 упражнением

Как установить связь с аудиторией?

Inc.
Хотите перейти на электронные водительские права? Не спешите: вот что об этом думает юрист Хотите перейти на электронные водительские права? Не спешите: вот что об этом думает юрист

Как пользоваться электронными правами?

ТехИнсайдер
Источником темной энергии могут быть черные дыры Источником темной энергии могут быть черные дыры

К картине Вселенной не нужно добавлять нового, чтобы объяснить темную энергию

ТехИнсайдер
На изящном: как Эльза Скиапарелли привела изобразительное искусство в высокую моду На изящном: как Эльза Скиапарелли привела изобразительное искусство в высокую моду

Как художники и модные дизайнеры начали шагать рука об руку

Правила жизни
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
Отпустите меня! Отпустите меня!

Что делать, когда партнер хочет провести отдельно выходные или отпуск?

Добрые советы
На спокойной волне На спокойной волне

Как справиться с панической атакой и перестроиться на спокойную волну?

Лиза
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
Здоровый интерес: как традиционная китайская медицина сохраняет свою популярность Здоровый интерес: как традиционная китайская медицина сохраняет свою популярность

Жители Китая привыкли лечить то, что еще не болит

Вокруг света
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
Как накраситься на свидание: 5 лучших косметических средств Как накраситься на свидание: 5 лучших косметических средств

Как подготовиться к свиданию и, может быть, даже влюбиться. Как минимум, в себя

Psychologies
Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха Турция: полный гид для идеального и небанального отдыха

Все, что поможет подготовиться к путешествию и спланировать отпуск в Турции

Правила жизни
Открыть в приложении