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

Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
ИИ: человечество не сможет удержать потепление в безопасных границах ИИ: человечество не сможет удержать потепление в безопасных границах

Ученые разработали систему ИИ для прогноза глобального потепления

ТехИнсайдер
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Зеленые паруса Зеленые паруса

Как развить концепцию оздоровительного отдыха по всей России

Эксперт
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
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
Ипотека от нуля Ипотека от нуля

Как и почему ЦБ борется с нулевыми процентами по ипотеке

Деньги
Учила моде и не нравилась легендарному тренеру: как на карьеру Дэвида Бекхэма повлияла жена Учила моде и не нравилась легендарному тренеру: как на карьеру Дэвида Бекхэма повлияла жена

Как Виктория Бекхэм повлияла на судьбу своего мужа?

Maxim
Банка больше нет Банка больше нет

Сбербанк сменил имя, разошелся с «Яндексом» и не смог сойтись с Ozon

Forbes
7 чудес света: античные и современные 7 чудес света: античные и современные

Античные и новые чудеса света, на которые можно взглянуть сейчас

ТехИнсайдер
Перезагрузка iPhone: несколько способов на все случаи жизни Перезагрузка iPhone: несколько способов на все случаи жизни

Что делать, если ваш iPhone намертво завис?

CHIP
Шаг в сторону Шаг в сторону

Турция гораздо больше стандартных маршрутов

Добрые советы
Неандертальцы охотились на 13-тонных прямобивневых слонов Неандертальцы охотились на 13-тонных прямобивневых слонов

Неандертальцы, жившие 125 тысяч лет назад, охотились на прямобивневых слонов

N+1
«Пока время не пришло, а потом будет поздно»: 5 мифов о любви — мнение семейного психотерапевта «Пока время не пришло, а потом будет поздно»: 5 мифов о любви — мнение семейного психотерапевта

Что нужно понять о любви, чтобы стать счастливее?

Psychologies
Любовь зла: как не позволить мошенникам разрушить вашу жизнь Любовь зла: как не позволить мошенникам разрушить вашу жизнь

Как онлайн-мошенники обманывают жертв с помощью приемов пикапа

Forbes
И спасет нас всех только любовь. Классический фильм Вима Вендерса «Небо над Берлином» И спасет нас всех только любовь. Классический фильм Вима Вендерса «Небо над Берлином»

Почему «Небо над Берлином» входит в лучшие фильмы за всю историю кинематографа

СНОБ
Особый взгляд Особый взгляд

Как в мастерской шаг за шагом рождается индивидуальная оправа ручной работы

Robb Report
Диковинки на колесах: посмотрите на 10 самых редких автомобилей в мире Диковинки на колесах: посмотрите на 10 самых редких автомобилей в мире

Некоторые из этих автомобилей существуют в единственном экземпляре

Вокруг света
Огненные горы: посмотрите на 10 самых высоких вулканов в России Огненные горы: посмотрите на 10 самых высоких вулканов в России

Некоторые из этих вулканов России считаются потухшими и спящими

Вокруг света
NFT, портрет собаки и береза с мантрами: что покупают молодые коллекционеры NFT, портрет собаки и береза с мантрами: что покупают молодые коллекционеры

Что за работы покупают молодые коллекционеры и зачем

Forbes
Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы

Как достичь гармонии в отношениях — как в спальне, так и за ее пределами?

Psychologies
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
Денежный возраст Денежный возраст

Бизнесмен Максим Валецкий о своем бизнесе в России

СНОБ
Смогут ли собаки выжить в мире без людей Смогут ли собаки выжить в мире без людей

Кажется, что собаки будут совершенно беспомощны в мире без людей

ТехИнсайдер
10 книг, которые надо исключить из школьной программы 10 книг, которые надо исключить из школьной программы

Назрела большая литературная чистка

Maxim
12 утраченных сокровищ и артефактов, которые продолжают искать 12 утраченных сокровищ и артефактов, которые продолжают искать

Многие из этих сокровищ, скорее всего, исчезли навсегда

Вокруг света
Дух места Дух места

Квартира в дореволюционном доме, в которой соединились традиции и современность

SALON-Interior
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
Разонравился! Разонравился!

Как вернуть в магазин товар без брака, если он просто разонравился

Лиза
В средневековых останках из Дании нашли ДНК чумной палочки В средневековых останках из Дании нашли ДНК чумной палочки

Ученые обнаружили 13 случаев заражения чумной палочкой в средневековой Дании

N+1
Открыть в приложении