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
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
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
«Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре «Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре

«Консультант» — каким получился сериал со звездой «Бесславных ублюдков»

Forbes
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
«Художник, а не бизнесмен»: как пекарь из Дании придумал игрушечного тролля и проиграл плагиаторам «Художник, а не бизнесмен»: как пекарь из Дании придумал игрушечного тролля и проиграл плагиаторам

Как Томас Дам придумал популярных игрушечных троллей?

VC.RU
Смутная история: почему в геймдеве не нужно сразу стремиться к шедеврам ААА-класса Смутная история: почему в геймдеве не нужно сразу стремиться к шедеврам ААА-класса

Почему российскому геймдеву нужно выпускать просто хорошие игры, а не ААА?

Forbes
«Полимат» «Полимат»

История универсальных людей от Леонардо да Винчи до Сьюзен Сонтаг

N+1
Горе без ума Горе без ума

Ученые вплотную приблизились к ответу на вопрос, существуют ли гены гениальности

Вокруг света
Стоит ли покупать Jeep Grand Cherokee поколения WK2 Стоит ли покупать Jeep Grand Cherokee поколения WK2

Наш сегодняшний герой — плод союза FIAT и Chrysler

4x4 Club
Цензура и бардак: как судебное дело в США может уничтожить соцсети и интернет Цензура и бардак: как судебное дело в США может уничтожить соцсети и интернет

Интернет может стать менее открытым и безопасным

Forbes
День, когда мы идем друг к другу: почему важно праздновать 14 февраля День, когда мы идем друг к другу: почему важно праздновать 14 февраля

Попробуем разобраться, зачем нам вообще нужен день святого Валентина

VOICE
Понравится ли тебе жизнь в Португалии: плюсы и минусы страны глазами россиян Понравится ли тебе жизнь в Португалии: плюсы и минусы страны глазами россиян

Хочешь узнать, какова сейчас у россиян жизнь в Португалии?

VOICE
Какие разработки представили российские ученые в начале 2023 года Какие разработки представили российские ученые в начале 2023 года

Как семена конопли доберутся до кофеен и как фонарик измеряет уровень стресса

СНОБ
Вам кажется, что вы не умеете строить отношения? Психолог объясняет, почему вы ошибаетесь Вам кажется, что вы не умеете строить отношения? Психолог объясняет, почему вы ошибаетесь

В чем возможные причины неудач в личной жизни и почему не стоит опускать руки

Psychologies
Худшие национальные блюда всех времен и народов Худшие национальные блюда всех времен и народов

Путеводитель по миру гурманов обновил свой рейтинг самой несъедобной еды

Maxim
Гуманная педагогика 2.0 | Humane Pedagogy 2.0 Гуманная педагогика 2.0 | Humane Pedagogy 2.0

Педагогика: от идей Антона Макаренко до Людмилы Петрановской и Димы Зицера

Позитивные изменения
Петербург Ивана Крылова: как Город на Неве отметил свой столетний юбилей и пережил череду невзгод Петербург Ивана Крылова: как Город на Неве отметил свой столетний юбилей и пережил череду невзгод

Торжества, устроенные Александром I, надолго запомнились петербуржцам

Вокруг света
Идеальный дом Идеальный дом

Большая семья, цвет айвори, семейный уют, стиль Ralph Lauren и кружка кофе

SALON-Interior
Как выдерживать критику на работе: 4 подсказки для женщин — советы бизнес-коуча Как выдерживать критику на работе: 4 подсказки для женщин — советы бизнес-коуча

Как реагировать на критику, не теряя при этом уверенности в себе?

Psychologies
Вдохновение, которое нас выбирает Вдохновение, которое нас выбирает

Как в нашу жизнь приходят хобби? И почему именно такие?

Psychologies
Как победить прокрастинацию? Как победить прокрастинацию?

Почему мы постоянно откладываем важные дела на потом?

Здоровье
Анна Плетнева: «Я активно практикую женскую дружбу» Анна Плетнева: «Я активно практикую женскую дружбу»

Анна Плетнева рассказала о секретах сексуальности и своей музыкальной карьере

VOICE
«Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику «Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику

Ученая Нина Демме осталась в истории первой профессиональной полярницей

Forbes
Почему развод не всегда самое лучшее решение: мнение семейного психотерапевта Почему развод не всегда самое лучшее решение: мнение семейного психотерапевта

Почему разрывать отношения не всегда хорошо

Psychologies
По любви: можно ли сегодня стать популярным блогером без вложения денег? По любви: можно ли сегодня стать популярным блогером без вложения денег?

Можно ли сегодня сделать популярным блог, не вкладывая деньги в продвижение?

VOICE
Король меланхолии, царь грусти: почему все так любят Бена Аффлека Король меланхолии, царь грусти: почему все так любят Бена Аффлека

Почему скучающий Аффлек — единственная знаменитость, поистине близкая к народу

Правила жизни
«Надейся на все, не ожидай ничего»: рецепт идеальной жизни — 42 совета «Надейся на все, не ожидай ничего»: рецепт идеальной жизни — 42 совета

Делимся простыми и универсальными советами, которые сделают вашу жизнь лучше

Psychologies
Грабли-бумс Грабли-бумс

Что заставляет нас идти проторенными тропами в отношениях?

Лиза
Мал да удал: как выглядят актеры-карлики, которые покорили Голливуд Мал да удал: как выглядят актеры-карлики, которые покорили Голливуд

Наши герои не вышли ростом, но это не помешало им сделать карьеру

VOICE
Открыть в приложении