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

Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Сырые темницы строгого режима: 10 самых страшных тюрем в истории России Сырые темницы строгого режима: 10 самых страшных тюрем в истории России

Страшные тюрьмы России: от Петропавловской крепости до «Черного дельфина»

Вокруг света
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Почему некоторые женщины носят хиджаб? Простое объяснение Почему некоторые женщины носят хиджаб? Простое объяснение

Как связаны ислам и хиджаб

ТехИнсайдер
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Настоящий Декстер: история бразильского убийцы Педро Родригеса Фильо, который охотился на маньяков Настоящий Декстер: история бразильского убийцы Педро Родригеса Фильо, который охотился на маньяков

Маньяк, ставший прототипом Моргана Декстера из романов писателя Джеффа Линдсея

VOICE
Десять самых диких фактов об алкоголе Десять самых диких фактов об алкоголе

Тема алкоголя бездонна и не перестает нас удивлять, восхищать и ужасать

Maxim
Все идет по плану: почему Егор Летов и сегодня живее всех живых Все идет по плану: почему Егор Летов и сегодня живее всех живых

Каким человеком и музыкантом был Летов и чем он цепляет совершенно разных людей

Forbes
Без паники Без паники

Как бороться с тревожностью, которая мешает жить

Лиза
Сколько можно съесть бананов за день, чтобы не испортить фигуру? Стоит узнать! Сколько можно съесть бананов за день, чтобы не испортить фигуру? Стоит узнать!

Почему нельзя есть одни бананы?

ТехИнсайдер
Как упростить процесс сепарации для детей: 3 совета родителям Как упростить процесс сепарации для детей: 3 совета родителям

Почему ребенку так важно обрести самость и что для этого могут сделать родители?

Psychologies
Из мужской в женскую: 8 фактов о юбке, которые должны знать все, кто ее носит Из мужской в женскую: 8 фактов о юбке, которые должны знать все, кто ее носит

Краткая история юбки от древности до наших дней

Вокруг света
5 книг об устройстве Вселенной 5 книг об устройстве Вселенной

Книги о достижениях науки, астрофизики и сотворении Вселенной

СНОБ
Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам

Какую роль в жизни подростков играет вопрос престижа

СНОБ
Драма в бетоне: московские новостройки уже не по карману покупателям Драма в бетоне: московские новостройки уже не по карману покупателям

На спросе новостроек сильно сказалось изменение условий «ипотеки от застройщика»

Forbes
Спирс, Джоли, Кен, рысь: на кого хотели быть похожи жертвы пластики Спирс, Джоли, Кен, рысь: на кого хотели быть похожи жертвы пластики

Эти люди спустили целые состояния на пластику

VOICE
На месте крушения флагманского корабля «Грипсхунден» нашли импортные пряности На месте крушения флагманского корабля «Грипсхунден» нашли импортные пряности

Ботаники провели исследование остатков, собранных на корабле «Грипсхунден»

N+1
Создан прочный суперсплав, отлично переносящий высокие температуры Создан прочный суперсплав, отлично переносящий высокие температуры

Ученые использовали новую технику 3D-печати для создания нового суперсплава

ТехИнсайдер
Зарплаты, отзывчивость и забастовки: что удивляет нашедших работу за рубежом россиян Зарплаты, отзывчивость и забастовки: что удивляет нашедших работу за рубежом россиян

Несколько рассказов о том, как россияне устраиваются на работу за рубежом

Forbes
Как стать другом своему ребенку Как стать другом своему ребенку

Как стать для своего сына или дочери настоящим другом?

СНОБ
Наука против ЗОЖ: 5 популярных рекомендаций Наука против ЗОЖ: 5 популярных рекомендаций

Взглянем на рекомендации в области здравоохранения с точки зрения науки

ТехИнсайдер
Как вести страницу в соцсетях, чтобы создать «дорогой» образ: советы жены миллионера Как вести страницу в соцсетях, чтобы создать «дорогой» образ: советы жены миллионера

Думаешь, в соцсети можно выкладывать всё подряд?

VOICE
С паяльником и напильником: как беларусы сами себе компьютеры собирали С паяльником и напильником: как беларусы сами себе компьютеры собирали

Энтузиасты, которые самостоятельно паяли компьютеры во времена позднего СССР

VC.RU
Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях

Несколько шагов, которые помогут сделать ваш союз сильнее

Psychologies
Могут ли собаки испытывать эмоции Могут ли собаки испытывать эмоции

Что мы знаем об эмоциях собак?

ТехИнсайдер
Сериал «Раневская»: как Фаина Фельдман стала великой актрисой вопреки всем преградам Сериал «Раневская»: как Фаина Фельдман стала великой актрисой вопреки всем преградам

Какой сложный путь к славе проделала Фаина Раневская

Forbes
Азы Таро: что нужно знать, чтобы твоя колода не пылилась на полке Азы Таро: что нужно знать, чтобы твоя колода не пылилась на полке

Что нужно знать, чтобы прибегать к помощи карт самостоятельно

VOICE
Как долго можно не спать без вреда для здоровья? Отвечает биолог Как долго можно не спать без вреда для здоровья? Отвечает биолог

Жить без сна — это как работать в браузере, в котором открыто 200 вкладок

Вокруг света
Как проявляется кризис среднего возраста у женщин: 4 сценария и способы их изменить Как проявляется кризис среднего возраста у женщин: 4 сценария и способы их изменить

Как предотвратить кризис среднего возраста?

Psychologies
Когда пора обратиться к сексологу: 3 повода — проверьте вашу пару Когда пора обратиться к сексологу: 3 повода — проверьте вашу пару

Семейный психотерапевт называет три повода задуматься о визите к сексологу

Psychologies
Открыть в приложении