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

Потеря контакта. Адгезия в биологии рака Потеря контакта. Адгезия в биологии рака

В онкологии есть целый арсенал средств борьбы со злокачественными заболеваниями

Наука и жизнь
Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли? Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли?

Почему исчезла целая цивилизация, и чем еще известны майя?

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Кто такой Франсуа Рабле? Кто такой Франсуа Рабле?

Исчерпывающий ответ за 2 минуты: кто такой Франсуа Рабле?

Вокруг света
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
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
Грибной культ Грибной культ

История взаимоотношений трюфеля и человека

Forbes
В канализации Рима найдена статуя древнего императора, одетого как Геракл В канализации Рима найдена статуя древнего императора, одетого как Геракл

Неужели в Древнем Риме был император-Геркулес?

ТехИнсайдер
Маргарита Терехова лишилась роли в Голливуде за то, что ударила чиновника Маргарита Терехова лишилась роли в Голливуде за то, что ударила чиновника

«Она — королева, а разве королевы другими бывают?..»

Караван историй
Будь проще Будь проще

Вкусная еда необязательно должна быть сложной в приготовлении

Добрые советы
7 пород собак, которые живут дольше всех 7 пород собак, которые живут дольше всех

Породы собак, которые генетически предрасположены к долголетию

Лиза
Особый взгляд Особый взгляд

Как в мастерской шаг за шагом рождается индивидуальная оправа ручной работы

Robb Report
Лечение без рецепта Лечение без рецепта

Может ли визуализация (представление чего-либо) влиять на наше самочувствие?

Добрые советы
10 книг, которые надо исключить из школьной программы 10 книг, которые надо исключить из школьной программы

Назрела большая литературная чистка

Maxim
Как избавиться от постакне: 8 способов и советы косметолога Как избавиться от постакне: 8 способов и советы косметолога

Как избавиться от постакне доступными способами?

РБК
Универсальный путешественник. Экспедиционный FJ Cruiser Универсальный путешественник. Экспедиционный FJ Cruiser

Что нужно для того, чтобы на одном внедорожнике поехать и в Сочи, и на Кольский

4x4 Club
Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра Как пережить смерть родителей в любом возрасте: 5 шагов, чтобы помочь себе, — советы психиатра

Сколько бы лет нам ни было, смерть отца или матери всегда причиняет сильную боль

Psychologies
Не могу сказать «прости» Не могу сказать «прости»

Как правильно просить прощения?

Лиза
«Новый этикет»: что сейчас нельзя делать на первом свидании «Новый этикет»: что сейчас нельзя делать на первом свидании

Давно не была на свиданиях? Хочешь чувствовать себя увереннее?

VOICE
Почему мужчины не любят говорить о своих чувствах? Почему мужчины не любят говорить о своих чувствах?

Как избавить партнера от страха признаваться в чувствах?

Psychologies
Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы Что делать, если в отношениях устраивает все, кроме секса: 4 шага к решению проблемы

Как достичь гармонии в отношениях — как в спальне, так и за ее пределами?

Psychologies
Почему некоторые женщины носят хиджаб? Простое объяснение Почему некоторые женщины носят хиджаб? Простое объяснение

Как связаны ислам и хиджаб

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

«Инцидент исперчен, любовная лодка разбилась о быт»

Maxim
Денежный возраст Денежный возраст

Бизнесмен Максим Валецкий о своем бизнесе в России

СНОБ
Осторожно, зависть Осторожно, зависть

Как справиться с завистью, если она причиняет дискомфорт

Лиза
В глубину души В глубину души

Никита Ефремов – о работе над душевным состоянием и корне слова «любовь»

Psychologies
Посмотрите на Симу — самую старую крысу в мире. Ученые омолодили ее органы, и это может сработать с людьми Посмотрите на Симу — самую старую крысу в мире. Ученые омолодили ее органы, и это может сработать с людьми

Биологи из Калифорнии научились омолаживать пожилых крыс

Вокруг света
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
Бегство и соблазны: почему подростки начинают употреблять наркотики. 10 главных причин Бегство и соблазны: почему подростки начинают употреблять наркотики. 10 главных причин

Какие внешние факторы сказываются на формировании зависимости у подростков?

Psychologies
Volkswagen Touareg 2024 года будет роскошнее, чем когда-либо Volkswagen Touareg 2024 года будет роскошнее, чем когда-либо

Флагманский внедорожник Volkswagen находится на пути обновления дизайна

4x4 Club
Открыть в приложении