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
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
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Новый BMW X1 xDrive 23i. Первые впечатления Новый BMW X1 xDrive 23i. Первые впечатления

Мы прокатились на BMW X1 xDrive 23i, и вот что можем сказать

4x4 Club
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Денежный возраст Денежный возраст

Бизнесмен Максим Валецкий о своем бизнесе в России

СНОБ
Куда исчез Тунгусский метеорит: самые смелые и оригинальные гипотезы Куда исчез Тунгусский метеорит: самые смелые и оригинальные гипотезы

Почему никто не может найти кратер таинственного Тунгусского метеорита?

ТехИнсайдер
Какие установки про отношения пора выбросить из головы Какие установки про отношения пора выбросить из головы

Что нужно забыть, чтобы построить счастливые отношения?

Psychologies
Где в лесу «конский хвост»? Где в лесу «конский хвост»?

У того, кто впервые видит хвощ, возникает некоторое недоумение

Наука и жизнь
Профессиональная ориентация: что это такое и можно ли выбрать карьеру с помощью теста Профессиональная ориентация: что это такое и можно ли выбрать карьеру с помощью теста

Как развивался процесс поиска профессиональной ориентации?

Forbes
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.
Почему он со мной не делится: 7 причин замкнутости подростка Почему он со мной не делится: 7 причин замкнутости подростка

Почему подростки перестают общаться со своими родителями

СНОБ
Роман о Мишеле Строгоффе Роман о Мишеле Строгоффе

Как Жюль Верн написал признание в любви к России, а Россия его не поняла

Дилетант
Эта специя сделает из вас гения (или, как минимум, убережет от слабоумия) Эта специя сделает из вас гения (или, как минимум, убережет от слабоумия)

Исследование подтвердило полезные свойства популярной добавки к пище

Вокруг света
LPG LPG

LPG-массаж – процедура уникальная и простая, но и здесь есть свои «против»

Здоровье
18 признаков «энергетических вампиров» и 3 приема самозащиты 18 признаков «энергетических вампиров» и 3 приема самозащиты

Чувствуете себя совершенно опустошенным после общения с другом или коллегой?

Psychologies
Школа будущего — школа про жизнь и среда возможностей | The School of the Future is the School of Life and an Environment of Opportunities Школа будущего — школа про жизнь и среда возможностей | The School of the Future is the School of Life and an Environment of Opportunities

Нейропсихолог Анна Высоцкая — какой должна быть школа будущего

Позитивные изменения
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
Мордвинова уехала в США, Сагалова родила троих детей: что стало со звездами сериалов нулевых Мордвинова уехала в США, Сагалова родила троих детей: что стало со звездами сериалов нулевых

Что стало с кумирами прошлого?

VOICE
Реально ли изменить мышление с помощью аффирмаций? Реально ли изменить мышление с помощью аффирмаций?

Изучаем эффективный способ сознательно менять направление потока мыслей

ТехИнсайдер
Дым отечества: 7 городов России с самой загрязненной атмосферой Дым отечества: 7 городов России с самой загрязненной атмосферой

Города, глубоко дышать в которых не рекомендуется

Вокруг света
Герой анекдотов, не кончавший «академиев»: 12 мифов о Василии Чапаеве Герой анекдотов, не кончавший «академиев»: 12 мифов о Василии Чапаеве

Интересные факты и мифы о Василии Чапаеве

Вокруг света
Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле Ученые случайно создали уникальный тип льда с аномальными свойствами: впервые на Земле

Ученые создали лед с плотностью почти такой же, как у жидкой воды

ТехИнсайдер
Чай, чай, выручай! Чай, чай, выручай!

Травяной чай ускоряет метаболизм, обладает очищающим действием

Лиза
Шизофрения: спастись от расщепления Шизофрения: спастись от расщепления

Согласно статистике, на планете 0,5% людей страдают шизофренией

ТехИнсайдер
«Яды: Великолепная история человечества» «Яды: Великолепная история человечества»

Как опасные химические вещества убивают и спасают людей

N+1
Как запрещено одеваться невысоким девушкам: учимся на ошибках звезд Как запрещено одеваться невысоким девушкам: учимся на ошибках звезд

Подборка трендов, которые не стоит повторять за любимыми звездными дюймовочками!

VOICE
Ты же девочка Ты же девочка

Зачем нас учат быть «настоящими женщинами» и что с этим делать, когда вырастем

VOICE
В центре слияния двух галактик найден таинственный источник мощнейшего светового излучения В центре слияния двух галактик найден таинственный источник мощнейшего светового излучения

Астрономы определили местонахождение источника света за толстой стеной пыли

ТехИнсайдер
Можно ли учиться во сне? Можно ли учиться во сне?

А нельзя ли совместить сон с каким-нибудь занятием? Например, с учебой?

Наука и жизнь
Открыть в приложении