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

Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
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
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Увечная тайна Увечная тайна

Как позднесоветское кино воображало и изображало Запад

Weekend
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
«Метамышление» «Метамышление»

Как нейронауки помогают нам понять себя

N+1
Высокие цели Высокие цели

13 громких автомобильных покушений XX века

Автопилот
Феминистка в тюрьме: как Консепсьон Ареналь боролась за права женщин и заключенных Феминистка в тюрьме: как Консепсьон Ареналь боролась за права женщин и заключенных

Консепсьон Ареналь слишком беспокоилась о заключенных и отстаивала права женщин

Forbes
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Бронь крепка: как российские сервисы посуточной аренды жилья замещают ушедшие аналоги Бронь крепка: как российские сервисы посуточной аренды жилья замещают ушедшие аналоги

Как развиваются российские аналоги сервисов для организации путешествий

Forbes
Потерять — так миллиард Потерять — так миллиард

Учимся у рекордсменов потерь 2022 года

Деньги
От «Тайной вечери» до виноградника: история палаццо, в котором жил Леонардо да Винчи От «Тайной вечери» до виноградника: история палаццо, в котором жил Леонардо да Винчи

История легендарного палаццо «Дом Ателлани», в котором жил Леонардо да Винчи

Forbes
Волосы в сливе и носки в каждом углу: что россиян больше всего бесит в партнерах? Волосы в сливе и носки в каждом углу: что россиян больше всего бесит в партнерах?

С какими поступками любимых (не) мирятся многие интернет-пользователи?

Psychologies
Дело было не в фигуре! 10 необычных привычек, которые делают женщин краше Дело было не в фигуре! 10 необычных привычек, которые делают женщин краше

10 нетипичных женских привычек, которые привлекают к нам взгляды мужчин

VOICE
Зеленый атом: как компания из Вашингтона хочет сделать ядерную энергетику доступнее Зеленый атом: как компания из Вашингтона хочет сделать ядерную энергетику доступнее

Брет Кугельмасс намерен построить десять ядерных реакторов в Восточной Европе

Forbes
Депрессия: шаг в пропасть Депрессия: шаг в пропасть

Как распознать у себя депрессию и скорее начать её лечение?

ТехИнсайдер
Разонравился! Разонравился!

Как вернуть в магазин товар без брака, если он просто разонравился

Лиза
Что произошло с Сибирью? Что произошло с Сибирью?

Почему осмыслить место Сибири в истории России непросто?

Дилетант
Собака заболела, но денег на лечение нет: что делать? Стоит ли усыплять? Мнение Собака заболела, но денег на лечение нет: что делать? Стоит ли усыплять? Мнение

Нужно ли бороться за жизнь животного, если люди не могут обеспечить даже свою?

ТехИнсайдер
«Внутренне я нахожусь все еще в Чечне» «Внутренне я нахожусь все еще в Чечне»

Малика Мусаева о своем фильме «Клетка ищет птицу» из конкурса Берлинале

Weekend
Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов Зашифрованный корабль: как киберпреступники превратились в портовых пиратов

Это не первый случай, когда судоходные компании становятся жертвами кибератак

ТехИнсайдер
Ирина Пегова: «Иногда нужно остановиться и сделать то, что подсказывает сердце, не слушая никого» Ирина Пегова: «Иногда нужно остановиться и сделать то, что подсказывает сердце, не слушая никого»

Вы что? У вас есть артистка, которая хочет сама прыгнуть! Пользуйтесь этим

Караван историй
Вулканы, которых не было Вулканы, которых не было

Самые знаменитые выдуманные вулканы

Вокруг света
Ископаемый «хоббит» с острова Лусон дожил до 31 года Ископаемый «хоббит» с острова Лусон дожил до 31 года

Палеоантропологи исследовали зубы ископаемого карликового человека

N+1
Как поднять самооценку с помощью одежды Как поднять самооценку с помощью одежды

Иногда в поиске уверенности в себе может помочь собственный гардероб

Maxim
Астрономы сфотографировали след дрейфующей сверхмассивной черной дыры Астрономы сфотографировали след дрейфующей сверхмассивной черной дыры

Могут ли сверхмассивные черные дыры дрейфовать вне своей галактики?

ТехИнсайдер
«Испанцы, Франко умер»: как закончилась одна европейская диктатура «Испанцы, Франко умер»: как закончилась одна европейская диктатура

Отрывок из книги Александра Баунова «Конец режима» — о смерти Франсиско Франко

Forbes
Астрономы наконец узнали, почему два роя астероидов, следующих за Юпитером, так сильно отличаются друг от друга Астрономы наконец узнали, почему два роя астероидов, следующих за Юпитером, так сильно отличаются друг от друга

Юпитер не одинок на своем орбитальном пути вокруг Солнца

ТехИнсайдер
Как связаны энергетики и лечение синдрома поликистозных яичников Как связаны энергетики и лечение синдрома поликистозных яичников

Могут ли энергетики помочь справиться с поликистозом яичников?

СНОБ
Consumer Reports утверждает, что BMW делает лучшие автомобили, а Land Rover – худшие Consumer Reports утверждает, что BMW делает лучшие автомобили, а Land Rover – худшие

Оценки дорожных испытаний и надёжности автомобилей лучших брендов

4x4 Club
Открыть в приложении