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
Алгоритм создает для НАСА невероятные Алгоритм создает для НАСА невероятные

НАСА создает более легкие и прочные детали для будущих космических кораблей

ТехИнсайдер
Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Сопровождение грузов Сопровождение грузов

Как устроена доставка лекарств на основе гигантских неорганических молекул

N+1
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Медом намазано. 10 сортов с лучшими свойствами Медом намазано. 10 сортов с лучшими свойствами

Как выбрать лучший мед среди множества разновидностей?

Лиза
Космический прогресс и коммунизм во всем мире: как в советское время люди представляли себе XXI век Космический прогресс и коммунизм во всем мире: как в советское время люди представляли себе XXI век

Самые интересные представления о XXI веке от людей прошлого

ТехИнсайдер
Как выгодно инвестировать в искусство — рассказывает руководитель аукционного дома ARTinvestment.Ru Егор Молчанов Как выгодно инвестировать в искусство — рассказывает руководитель аукционного дома ARTinvestment.Ru Егор Молчанов

Насколько сейчас выгодно инвестировать в арт-активы?

СНОБ
О пользе интересной жизни О пользе интересной жизни

Чем интереснее мозгу жить, тем лучше он работает

Наука и жизнь
Что нужно высокочувствительному человеку: 10 условий — улучшите вашу жизнь Что нужно высокочувствительному человеку: 10 условий — улучшите вашу жизнь

Без каких вещей человеку с высокой чувствительностью трудно жить

Psychologies
Потерянный рай Потерянный рай

Имя 20-летнего Марка Эйдельштейна громко прозвучало в 2022 году

OK!
«Вы уверены только в своей неуверенности»: что мешает нам двигаться вперед — история клиента психолога «Вы уверены только в своей неуверенности»: что мешает нам двигаться вперед — история клиента психолога

История клиента, который много лет только репетировал жизнь

Psychologies
Муза великой Голландии: 10 ключей к политическому шифру картины «Аллегория Живописи» Яна Вермеера Муза великой Голландии: 10 ключей к политическому шифру картины «Аллегория Живописи» Яна Вермеера

Среди работ Вермеера есть и аллегорическое полотно о славе его родины

Вокруг света
Три правила вкусной пасты Три правила вкусной пасты

Почему пасту не стоит варить по рекомендациям, указанным на упаковке?

СНОБ
Из семьи крестьян на мировую сцену: 150 лет назад родился певец Федор Шаляпин Из семьи крестьян на мировую сцену: 150 лет назад родился певец Федор Шаляпин

Почему Федор Шаляпин не смог вернуться в страну после зарубежного тура

СНОБ
6 мужских привычек, которые сильнее всего раздражают женщин 6 мужских привычек, которые сильнее всего раздражают женщин

«Инцидент исперчен, любовная лодка разбилась о быт»

Maxim
ТОП-5 упражнений для похудения ТОП-5 упражнений для похудения

Упражнения для похудения всего тела лучше выполнять в рамках комплекса

Лиза
Лучший секс в жизни: 7 личных историй мужчин и женщин — прочитайте откровенные признания Лучший секс в жизни: 7 личных историй мужчин и женщин — прочитайте откровенные признания

Семь откровенных историй о незабываемых моментах страсти

Psychologies
Все оттенки «Радуги» Все оттенки «Радуги»

Как читать главный роман Томаса Пинчона

Weekend
«Жизнь — сапожок непарный»: книга о советской женщине и репрессиях «Жизнь — сапожок непарный»: книга о советской женщине и репрессиях

Книга «Жизнь — сапожок непарный» — образец «лагерной» литературы XX века

Forbes
Между нами тает лед Между нами тает лед

Фигуристки Алина Загитова и Анна Щербакова – о дружбе и конкуренции

VOICE
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
Чистая монета Чистая монета

Что если инвестировать в деньги? Хорошая идея, если речь о коллекционных монетах

Robb Report
Вещные смыслы Вещные смыслы

Ирина Затуловская: бедность как прием

Weekend
«Не давайте отношениям с абьюзером второго шанса»: история одного расставания, рассказанная год спустя «Не давайте отношениям с абьюзером второго шанса»: история одного расставания, рассказанная год спустя

Если мы прощаем абьюзера, то даем второй шанс продолжению насилия

Psychologies
Странные, лихие, наши: как мы жили в девяностые годы Странные, лихие, наши: как мы жили в девяностые годы

Писательница Ляля Брынза рассказывает о 90-х годах — во всех подробностях

VOICE
Как вести интимный дневник: 6 главных принципов — улучшите сексуальную жизнь Как вести интимный дневник: 6 главных принципов — улучшите сексуальную жизнь

Ведение интимного дневника — способ изучить нашу сексуальную жизнь

Psychologies
А вот и не подеремся! А вот и не подеремся!

Как правильно заканчивать спор и с кем вообще не стоит его и затевать

Лиза
Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things? Почему люди покупают социальное? | Why people buy social things?

Психология потребительского выбора

Позитивные изменения
Страшно интересно: пять мест с мистической атмосферой в России Страшно интересно: пять мест с мистической атмосферой в России

Предлагаем пять мест, пользующихся дурной славой, где можно пощекотать нервы

Караван историй
Открыть в приложении