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

Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Лови ритм Лови ритм

История о том, как электричество заставляет сердце биться

N+1
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Сколько лет, сколько, Дим? Сколько лет, сколько, Дим?

Сегодня наш гуру фитнеса передаст вам самые ценные из знаний

Men Today
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Свободная касса Свободная касса

Как стать фрилансером и не жалеть об этом каждый месяц

VOICE
Воздушный океан... Воздушный океан...

Мы все живём где-то на дне воздушного океана

Наука и жизнь
Виртуальный роман: бегство от близости или инструмент саморазвития — разбор с психологами Виртуальный роман: бегство от близости или инструмент саморазвития — разбор с психологами

Что стоит за нашим желанием общаться заочно и зачастую инкогнито?

Psychologies
Плутон. В долине гранатовых «льдов» Плутон. В долине гранатовых «льдов»

Что могли бы увидеть земляне, оказавшись посреди гладких льдов Плутона?

Наука и жизнь
Почему у однояйцевых близнецов разные отпечатки пальцев. Ученые дали ответ Почему у однояйцевых близнецов разные отпечатки пальцев. Ученые дали ответ

Почему даже у однояйцевых близнецов не бывает одинаковых отпечатков пальцев

ТехИнсайдер
Превентивная медицина: Мифы и реальность Превентивная медицина: Мифы и реальность

Что это такое и можно ли стареть, оставаясь здоровой

Добрые советы
Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион Продукты, полезные для печени: что пора добавить в рацион

Как заботиться о печени правильно

Psychologies
Если коллегу травят: как решаются моральные дилеммы на работе Если коллегу травят: как решаются моральные дилеммы на работе

Отрывок из книги Сьюзан Лиото «Сила этики»

Forbes

Как возникают мифы о женщинах и кто их распространяет

VOICE
Почему затопили легендарную атомную субмарину «Дмитрий Донской»: подлодка, ставшая кошмаром США Почему затопили легендарную атомную субмарину «Дмитрий Донской»: подлодка, ставшая кошмаром США

Зачем подводная лодка «Дмитрий Донской» была выведена из эксплуатации

ТехИнсайдер
Биохимия, антропология и психология: 6 книг о любви с научной точки зрения Биохимия, антропология и психология: 6 книг о любви с научной точки зрения

Что управляет чувством, которое мы называем «любовь»?

ТехИнсайдер
Не лень, а неправильная мотивация: как научиться добиваться своих целей Не лень, а неправильная мотивация: как научиться добиваться своих целей

Главная причина лени и прокрастинации – в плохой мотивации и отсутствии стимула

VOICE
Как в V веке пытались предотвратить восстание мертвецов? История «вампира из Луньяно» и других детей Как в V веке пытались предотвратить восстание мертвецов? История «вампира из Луньяно» и других детей

Как люди поздней Античности сражались со сверхъестественными силами

Вокруг света
«Нолли»: сериал о культовой британской актрисе с Хеленой Бонэм Картер «Нолли»: сериал о культовой британской актрисе с Хеленой Бонэм Картер

Каким получился сериал «Нолли» и почему фигура Ноэль Гордон важна для британцев

Forbes
Загадка медицины: уникальная история девочки, которая навечно была заперта в теле ребенка Загадка медицины: уникальная история девочки, которая навечно была заперта в теле ребенка

Этот необычный случай поставил медиков в тупик...

ТехИнсайдер
У самого синего моря У самого синего моря

Модернистская вилла на тихоокеанском побережье, в окрестностях Малибу

SALON-Interior
Сладкий доход Сладкий доход

Сахарная свекла вернула статус одной из самых рентабельных агрокультур

Агроинвестор
Резюме отправлено: 5 мифов о работе в государственных компаниях Резюме отправлено: 5 мифов о работе в государственных компаниях

HR-эксперты рассказывают о работе в государственных компаниях

СНОБ
«Слишком быстро кончил»: почему так бывает и как изменить сценарий секса «Слишком быстро кончил»: почему так бывает и как изменить сценарий секса

Что можно сделать, чтобы продлить удовольствие — себе и партнерше?

Psychologies
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
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
При каких болезнях помогает коньяк? При каких болезнях помогает коньяк?

Коньяк невероятно полезен, нет никаких сомнений

Maxim
«Не знаю, люблю ли я мужа»: 3 вопроса, чтобы проверить чувства, — попробуйте способ психолога «Не знаю, люблю ли я мужа»: 3 вопроса, чтобы проверить чувства, — попробуйте способ психолога

Как определить, что именно вы чувствуете к своему партнеру?

Psychologies
Жир для похудения: самые полезные жирные продукты, которые помогают наладить обмен веществ — добавь их в меню Жир для похудения: самые полезные жирные продукты, которые помогают наладить обмен веществ — добавь их в меню

Продукты, богатые полезными натуральными жирами

VOICE
Самая лучшая песня в истории человечества Самая лучшая песня в истории человечества

Можно ли выявить самую лучшую музыкальную композицию всех времен?

Maxim
Открыть в приложении