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
К годовщине со дня рождения Виктора Гюго: 7 французских писателей, книги которых стоит перечитать К годовщине со дня рождения Виктора Гюго: 7 французских писателей, книги которых стоит перечитать

Гид по знаменитым произведениям французских авторов

СНОБ
Потеря контакта. Адгезия в биологии рака Потеря контакта. Адгезия в биологии рака

В онкологии есть целый арсенал средств борьбы со злокачественными заболеваниями

Наука и жизнь
У самого синего моря У самого синего моря

Модернистская вилла на тихоокеанском побережье, в окрестностях Малибу

SALON-Interior
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Злачное тесто: краткая история хлеба, который всему голова Злачное тесто: краткая история хлеба, который всему голова

Есть один продукт, который не приедается никогда

Вокруг света
Как на ладони: как выбрать и настроить телескоп Как на ладони: как выбрать и настроить телескоп

Если вы интересуетесь астрономией, то без домашнего телескопа не обойтись

Популярная механика
Полуостров вулканов Полуостров вулканов

Камчатка — самая вулканически активная зона планеты

Вокруг света
Космические университеты Юрия Гагарина Космические университеты Юрия Гагарина

Каким был вклад Юрия Гагарина в космонавтику

Наука и жизнь
Что надо знать о ламбруско — самом недооцененном вине современности Что надо знать о ламбруско — самом недооцененном вине современности

Почему ламбруско любят в России и США и чем оно отличается от других игристых

СНОБ
Потерянный рай Потерянный рай

Имя 20-летнего Марка Эйдельштейна громко прозвучало в 2022 году

OK!
Если утро недоброе. 9 причин боли в горле, о которых ты могла и не догадываться Если утро недоброе. 9 причин боли в горле, о которых ты могла и не догадываться

Боль в горле с утра далеко не всегда связана с простудой и вирусами

Лиза
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
Самые сексуальные российские косплеерши рассказали (и показали!), как они отмечают День святого Валентина Самые сексуальные российские косплеерши рассказали (и показали!), как они отмечают День святого Валентина

Знакомим тебя с самыми яркими девушками страны

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
Посмотрите на древнеримский фаллос — ему 2 тысячи лет! Ученые сомневаются в его предназначении Посмотрите на древнеримский фаллос — ему 2 тысячи лет! Ученые сомневаются в его предназначении

Исследователи вновь решились изучить находку 1992 года. Вот что они выяснили

ТехИнсайдер
Россия — родина жуков Россия — родина жуков

Как из одной успешной киномистификации родился миф об отце советской анимации

Weekend
Супер-средство: как обычное растительное масло может помочь справиться со многими бытовыми проблемами Супер-средство: как обычное растительное масло может помочь справиться со многими бытовыми проблемами

10 гениальных лайфхаков для всего дома с использованием этого чудо-продукта

ТехИнсайдер
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
Все по парам! Все по парам!

Осваиваем Foodpairing – искусство составления продуктовых пар

Здоровье
При каких болезнях помогает коньяк? При каких болезнях помогает коньяк?

Коньяк невероятно полезен, нет никаких сомнений

Maxim
Ядерный проект: как шла гонка по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны Ядерный проект: как шла гонка по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны

Отрывок из книги Сэма Кина «Отряд отморозков» — о Вернере Гейзенберге

Forbes
От романтики гидростанций до дефицита бетона: как в СССР снимали кино о производстве От романтики гидростанций до дефицита бетона: как в СССР снимали кино о производстве

Кино о производстве: от энтузиазма постройки ГЭС до разочарования в системе

Forbes
Золотой запас: эти продукты лучше покупать замороженными и всегда держать в холодильнике Золотой запас: эти продукты лучше покупать замороженными и всегда держать в холодильнике

Кое-что гораздо надежнее сразу покупать в заморозке и всегда держать про запас

VOICE
7 пород собак, которые живут дольше всех 7 пород собак, которые живут дольше всех

Породы собак, которые генетически предрасположены к долголетию

Лиза
Как не совершать одни и те же ошибки в отношениях: 5 советов Как не совершать одни и те же ошибки в отношениях: 5 советов

Как разомкнуть круг одних и тех же ошибок в отношениях?

Psychologies
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
Volkswagen Touareg 2024 года будет роскошнее, чем когда-либо Volkswagen Touareg 2024 года будет роскошнее, чем когда-либо

Флагманский внедорожник Volkswagen находится на пути обновления дизайна

4x4 Club
Эволюция носителей: от перфокарт до SSD Эволюция носителей: от перфокарт до SSD

С чего началась история носителей информации?

CHIP
Как выспаться в самолете? 4 совета и лайфхак от стюардессы, о котором вы никогда не слышали Как выспаться в самолете? 4 совета и лайфхак от стюардессы, о котором вы никогда не слышали

Чтобы многочасовой перелет не превратился в мучение, нужно хорошо подготовиться

Вокруг света
Открыть в приложении