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
Нэпманы и воры: какими изображали предпринимателей в советском кино Нэпманы и воры: какими изображали предпринимателей в советском кино

Cамые характерные советские фильмы на экономическую тему

Forbes
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Как получить международные водительские права: инструкция для тех, кто привык путешествовать на машине Как получить международные водительские права: инструкция для тех, кто привык путешествовать на машине

Разбираемся, где получить МВУ в России и какие документы для этого необходимы

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
«Диван, чемодан, саквояж...» Что можно провозить в ручной клади и какие вещи нельзя брать с собой в самолетан, чемодан, саквояж... «Диван, чемодан, саквояж...» Что можно провозить в ручной клади и какие вещи нельзя брать с собой в самолетан, чемодан, саквояж...

Что можно и что нельзя перевозить в ручной клади в самолете

ТехИнсайдер
Быстрее гиперзвука: величайший космический рекорд, поставленный крышкой от люка Быстрее гиперзвука: величайший космический рекорд, поставленный крышкой от люка

Нет ничего удивительного в том, что инопланетяне не вступают с нами в контакт

Maxim
Стечение обстоятельств: что не так с приговором Сергею Фургалу Стечение обстоятельств: что не так с приговором Сергею Фургалу

К хронологии действий следствия по делу Фургала есть серьезные вопросы

Forbes
Природная связь Природная связь

Как общаются существа, у которых нет мозга и вообще нервной системы?

Вокруг света
Право на спорт Право на спорт

История Специальных игр в мире началась 60 лет назад

Men Today
«Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре «Консультант» с Кристофом Вальцем: черная комедия о корпоративной IT-культуре

«Консультант» — каким получился сериал со звездой «Бесславных ублюдков»

Forbes
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
Здоровый интерес: как традиционная китайская медицина сохраняет свою популярность Здоровый интерес: как традиционная китайская медицина сохраняет свою популярность

Жители Китая привыкли лечить то, что еще не болит

Вокруг света
10 книг, которые надо исключить из школьной программы 10 книг, которые надо исключить из школьной программы

Назрела большая литературная чистка

Maxim
Из боинга 737 сделали люкс-виллу. Стоимость аренды не бюджетная! Из боинга 737 сделали люкс-виллу. Стоимость аренды не бюджетная!

Вилла, которая позволит наслаждаться видом из иллюминатора

ТехИнсайдер
Ловушка эффективности: почему 24 часов в сутках никогда не хватает Ловушка эффективности: почему 24 часов в сутках никогда не хватает

Отрывок из книги «Четыре тысячи недель: тайм-менеджмент для смертных»

Inc.
Деньги на ветер: какие душевные дыры люди пытаются прикрыть транжирством или экономией — и почему это не работает Деньги на ветер: какие душевные дыры люди пытаются прикрыть транжирством или экономией — и почему это не работает

Почему деньги становятся заменителем эмоций?

VOICE
Татьяна Устинова: «Любого придуманного героя еще надо оживить...» Татьяна Устинова: «Любого придуманного героя еще надо оживить...»

Я люблю свою работу за то, что открываю ноутбук и оказываюсь там, где хочется

Коллекция. Караван историй
Вдохновение, которое нас выбирает Вдохновение, которое нас выбирает

Как в нашу жизнь приходят хобби? И почему именно такие?

Psychologies
Как продлить срок жизни смартфона: подборка неочевидных советов Как продлить срок жизни смартфона: подборка неочевидных советов

Что советую делать эксперты, чтобы твой телефон прослужил как можно дольше

Maxim
Мир понарошку Мир понарошку

Как метавселенные влияют на развитие автоиндустрии

Автопилот
Как критика может разрушить жизнь человека: показательные итоги эксперимента Уэнделла Джонсона Как критика может разрушить жизнь человека: показательные итоги эксперимента Уэнделла Джонсона

«Чудовищный эксперимент» — опыт, проведенный психологом Уэнделлом Джонсоном

VOICE
Аутизм: путь к социуму Аутизм: путь к социуму

Что такое аутизм и чем "дети дождя" отличаются от остальных?

ТехИнсайдер
«Дочка» «Росатома» пообещала российским электромобилям уникальные батареи «Дочка» «Росатома» пообещала российским электромобилям уникальные батареи

Компания «Рэнера» обещает освоить производство батарей для электромобилей

РБК
Флекситарианцы, пандемия и растительные продукты: как забота о здоровье меняет рынок FMCG-ритейла | Flexitarians, pandemic and plant-based products: how healthy lifestyle changes the fmcg retail market Флекситарианцы, пандемия и растительные продукты: как забота о здоровье меняет рынок FMCG-ритейла | Flexitarians, pandemic and plant-based products: how healthy lifestyle changes the fmcg retail market

Все больше людей выбирают питание с преобладанием растительных продуктов

Позитивные изменения
Гадания на Масленицу: как узнать все о любви, деньгах и будущем Гадания на Масленицу: как узнать все о любви, деньгах и будущем

Масленичная неделя – идеальное время для ритуалов и гаданий

VOICE
Какой источник энергии питал первые живые организмы на Земле? Какой источник энергии питал первые живые организмы на Земле?

Какая сила помогала первым живым существам расти и размножаться?

ТехИнсайдер
Пределы проходимости. В Suzuki Jimny по снежной целине (видео) Пределы проходимости. В Suzuki Jimny по снежной целине (видео)

Справится ли Suzuki Jimny с снежными преградами?

4x4 Club
Анна Зайкова: «Это был счастливый билет, который мне вручил Марк Анатольевич Захаров» Анна Зайкова: «Это был счастливый билет, который мне вручил Марк Анатольевич Захаров»

Подошел мужчина, показал мою фотографию в телефоне и сказал: «Вы очень похожи»

Караван историй
«Художник, а не бизнесмен»: как пекарь из Дании придумал игрушечного тролля и проиграл плагиаторам «Художник, а не бизнесмен»: как пекарь из Дании придумал игрушечного тролля и проиграл плагиаторам

Как Томас Дам придумал популярных игрушечных троллей?

VC.RU
Открыть в приложении