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
Почему мы продуктивно работаем в кофейнях: 4 совета работникам на удаленке Почему мы продуктивно работаем в кофейнях: 4 совета работникам на удаленке

Неужели наша работа в кофейнях продуктивна только из-за бодрящего кофе?

Psychologies
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Могут ли собаки испытывать эмоции Могут ли собаки испытывать эмоции

Что мы знаем об эмоциях собак?

ТехИнсайдер
Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
Как уменьшить размер одежды в домашних условиях? Как уменьшить размер одежды в домашних условиях?

Как можно сделать усадку одежды своими руками?

ТехИнсайдер
Первенцы Вселенной Первенцы Вселенной

Какими были древнейшие звезды, появившиеся после Большого взрыва

Наука
Отрывок из книжного сериала Ислама Ханипаева «Луна 84» Отрывок из книжного сериала Ислама Ханипаева «Луна 84»

На сервисе «Букмейт» вышли два первых эпизода книжного сериала «Луна 84»

СНОБ
Почем ненависть для народа Почем ненависть для народа

Как Венсан Кассель стал лицом злых улиц и лицом с обложки

Weekend
Кто такая «кузькина мать» и еще 6 крылатых выражений, историю которых мы безвозвратно забыли Кто такая «кузькина мать» и еще 6 крылатых выражений, историю которых мы безвозвратно забыли

Вспоминаем историю популярных крылатых выражений

Вокруг света
Супер-средство: как обычное растительное масло может помочь справиться со многими бытовыми проблемами Супер-средство: как обычное растительное масло может помочь справиться со многими бытовыми проблемами

10 гениальных лайфхаков для всего дома с использованием этого чудо-продукта

ТехИнсайдер
«Другая жизнь» Джоди Чапмен: роман о памяти и шансе начать все с начала «Другая жизнь» Джоди Чапмен: роман о памяти и шансе начать все с начала

Отрывок из романа «Другая жизнь» — с чем способна справиться любовь

Forbes
«Родить от донора и не зависеть от мужчины»: за и против. Размышления читательницы и психолога «Родить от донора и не зависеть от мужчины»: за и против. Размышления читательницы и психолога

Разумно ли родитель ребенка без поддержки партнера?

Psychologies
Она поборола рак крови и груди и перестала беспокоиться из-за телосложения. Но только после 60 лет Она поборола рак крови и груди и перестала беспокоиться из-за телосложения. Но только после 60 лет

Лишь после преодоления смертельной болезни Сильви взглянула на свое тело иначе

ТехИнсайдер
«Назад в 90-е»: почему мы снова верим в Вангу и тарологов «Назад в 90-е»: почему мы снова верим в Вангу и тарологов

Объявления тарологов и магов набирают популярность. Что это говорит о нас?

Psychologies
Стесняетесь идти в спортзал? Вот несколько тактик, чтобы поверить в себя Стесняетесь идти в спортзал? Вот несколько тактик, чтобы поверить в себя

Советы, как преодолеть стеснение перед спортзалом

ТехИнсайдер
Новая бомба в джунглях демографии Новая бомба в джунглях демографии

Все тренды демографии вызывают тревогу ученых и ведут к экономическому хаосу

Эксперт
Заниматься любовью и… искусством: истории художников, которые творили в паре Заниматься любовью и… искусством: истории художников, которые творили в паре

Истории семей, в которых и муж, и жена были талантливыми художниками

Psychologies
Переход на юани Переход на юани

Этот китайский электромобиль затмевает европейские марки

Автопилот
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
Магнитно-резонансное дело: как в Бразилии пистолет застрелил владельца в кабинете МРТ? Магнитно-резонансное дело: как в Бразилии пистолет застрелил владельца в кабинете МРТ?

Почему игнорирование правил безопасности может сыграть с нами злую шутку

Вокруг света
Богач, бедняк. 110 лет назад родился американский писатель Ирвин Шоу Богач, бедняк. 110 лет назад родился американский писатель Ирвин Шоу

Почему Ирвина Шоу называли «халтурщиком»?

СНОБ
Истории безумия: правда ли, что большинство знаменитых художников страдали ментальными расстройствами? Истории безумия: правда ли, что большинство знаменитых художников страдали ментальными расстройствами?

Верно ли, что ментальное расстройство и творческий гений ходят рука об руку

Правила жизни
Агросектор снова переписали Агросектор снова переписали

Какие тенденции выявила сельскохозяйственная микроперепись

Агроинвестор
«Налог на яйца»: как в СССР пытались поднять рождаемость и что из этого вышло «Налог на яйца»: как в СССР пытались поднять рождаемость и что из этого вышло

В СССР существовал налог на бездетность

VOICE
7 остросюжетных сериалов, которые заставят задуматься о справедливости 7 остросюжетных сериалов, которые заставят задуматься о справедливости

Сериалы о том, существует ли карма и воздаяние на этой нелепой планете

Maxim
Водителей предупредили о новом риске. Как не остаться без автомобиля Водителей предупредили о новом риске. Как не остаться без автомобиля

Ряд моделей авто вновь стал интересен угонщикам для «разбора»

РБК
«Отца убили на моих глазах»: историю о травме и терапии дружбой комментирует психолог «Отца убили на моих глазах»: историю о травме и терапии дружбой комментирует психолог

Иногда непрожитое горе приводит к самым тяжелым последствиям

Psychologies
12 лучших эпизодов великого сериала «Коломбо» 12 лучших эпизодов великого сериала «Коломбо»

Мы оставляем тебе улики и подсказки, с чего начинать смотреть сериал

Maxim
«Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу» «Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу»

Михаил Пришвин о людях, зверях и обществе

Weekend
Открыть в приложении