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
Будь проще Будь проще

Вкусная еда необязательно должна быть сложной в приготовлении

Добрые советы
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
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
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Какие разработки представили российские ученые в начале 2023 года Какие разработки представили российские ученые в начале 2023 года

Как семена конопли доберутся до кофеен и как фонарик измеряет уровень стресса

СНОБ
Лучшие открытые концовки в кинофильмах Лучшие открытые концовки в кинофильмах

Фильмы, которые невероятно красиво оставляют зрителя с незаконченной историей

Maxim
Ах, какая женщина: как менялся образ Памелы Андерсон Ах, какая женщина: как менялся образ Памелы Андерсон

Памела Андерсон всегда привлекала внимание и умела им распорядиться

Правила жизни
Этого не может быть Этого не может быть

Самые удивительные гипотезы в биологии

ТехИнсайдер
Ямочки на щеках: почему появляются и можно ли их сделать Ямочки на щеках: почему появляются и можно ли их сделать

В чем особенности ямочек на щеках?

РБК
Ходьба — самое полезное упражнение, но почему? Ходьба — самое полезное упражнение, но почему?

Ходьба это нечто большее, чем просто передвижение

ТехИнсайдер
Почему в некоторых странах люди не снимают обувь дома? Почему в некоторых странах люди не снимают обувь дома?

Снимать обувь в доме: с чем связана разница в соблюдении этой бытовой привычки?

ТехИнсайдер
Молчи и танцуй: 14 советов об отношениях из старых книг и глянцевых журналов Молчи и танцуй: 14 советов об отношениях из старых книг и глянцевых журналов

Делимся старыми советами и не рекомендуем следовать им в домашних условиях

Правила жизни
Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу Чек-лист: 5 вопросов, которые надо задать себе, когда хочется бросить подругу

Как понять, что пришло время прекратить дружбу?

VOICE
Как диета влияет на психическое здоровье ребенка Как диета влияет на психическое здоровье ребенка

Хорошая, сбалансированная диета сделает психику ребенка более устойчивой

ТехИнсайдер
«Да просто сделай уже это»: почему сериал «Терапия» не спасает даже Харрисон Форд «Да просто сделай уже это»: почему сериал «Терапия» не спасает даже Харрисон Форд

«Терапия»: почему правила ситкомов не работают в реальном мире

Forbes
«Просвещение может нам помочь»: биолог Александр Панчин о будущем научпопа в России «Просвещение может нам помочь»: биолог Александр Панчин о будущем научпопа в России

Александр Панчин рассказывает, что сейчас происходит с научпопом в России

Forbes
Отпустите меня! Отпустите меня!

Что делать, когда партнер хочет провести отдельно выходные или отпуск?

Добрые советы
Вещные смыслы Вещные смыслы

Ирина Затуловская: бедность как прием

Weekend
Минус миллион. Первый тест-драйв китайской Toyota Camry Минус миллион. Первый тест-драйв китайской Toyota Camry

Тестируем седан Camry из КНР

РБК
Сколько лет, сколько, Дим? Сколько лет, сколько, Дим?

Сегодня наш гуру фитнеса передаст вам самые ценные из знаний

Men Today
Вокруг света Вокруг света

Об интерьерных традициях, которые стоит перенять у жителей разных стран

Лиза
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Философы античности верили во множественность обитаемых миров

Наука и жизнь
Биоархеологи выяснили рацион 26 средневековых жителей Бергена Биоархеологи выяснили рацион 26 средневековых жителей Бергена

У средневековых мужчин и женщин из Бергена был разный рацион

N+1
От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино

О чем снимают кино в Якутии и почему оно так нравится и зрителям, и критикам?

Psychologies
Дагестанский феномен: как Хасбик за три года заработал больше $2 млн Дагестанский феномен: как Хасбик за три года заработал больше $2 млн

Как Хасбулла Магомедов смог заработать минимум $2,2 млн за три года?

Forbes
В новых реалиях В новых реалиях

Можно ли сегодня покупать и брать в чартер яхты в России и за её пределами?

Robb Report
Методика Outcome Mapping | Outcome Mapping, or Creating a map of behavioral changes Методика Outcome Mapping | Outcome Mapping, or Creating a map of behavioral changes

Создание карт поведенческих изменений

Позитивные изменения
Не могу сказать «прости» Не могу сказать «прости»

Как правильно просить прощения?

Лиза
Все оттенки «Радуги» Все оттенки «Радуги»

Как читать главный роман Томаса Пинчона

Weekend
Открыть в приложении