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

Мы — дети голубой галактики Мы — дети голубой галактики

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

Наука и жизнь
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
Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
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
Драма на Артезиане Драма на Артезиане

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

Наука и жизнь
Как сохранить нервы и не перегореть на работе? Стоит узнать! Как сохранить нервы и не перегореть на работе? Стоит узнать!

Как сохранить свое ментальное здоровье на работе?

ТехИнсайдер
Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд

Отправляйся путешествовать – в поисках идеальной осени!

Лиза
«Давай разведемся»: 5 случаев, когда брак лучше не сохранять «Давай разведемся»: 5 случаев, когда брак лучше не сохранять

Как понять, что вам пора подавать на развод?

Psychologies
Транспорт будущего Транспорт будущего

Вот уже шесть лет мы пишем про летающие автомобили и стоим рядом с прототипами

ТехИнсайдер
Алло, алло! История создания и эволюции первого телефона Алло, алло! История создания и эволюции первого телефона

Телефонная связь со времен «голубиной почты» проделала долгий и необычный путь

Цифровой океан
Сонный паралич: болезнь, знак ведьмы или вариант нормы Сонный паралич: болезнь, знак ведьмы или вариант нормы

Сонный паралич: страшное, но достаточно безобидное явление

ТехИнсайдер
Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам Дороже жизни. Почему современные подростки привязаны к своим смартфонам

Какую роль в жизни подростков играет вопрос престижа

СНОБ
Доллар набирает вес Доллар набирает вес

Российской валюте не хватает экспортной выручки

Деньги
Гипноз во сне с точки зрения науки: эффективная терапия или очередная Гипноз во сне с точки зрения науки: эффективная терапия или очередная

Разбираемся в гипнотическом сне: что это, эффективная терапия или шарлатанство?

ТехИнсайдер
Что такое желчь и как она отмывает посуду и желудок от жира Что такое желчь и как она отмывает посуду и желудок от жира

Где фабрика по производству желчи и чем отличается печеночная желчь от пузырной?

Вокруг света
Король внедорожников. Стоит ли покупать подержанный Range Rover? Король внедорожников. Стоит ли покупать подержанный Range Rover?

Ни один автомобиль так не зависит от правильного обслуживания, как Range Rover

4x4 Club
Она тебя Она тебя

Почему ты иногда чувствуешь, что мама тебя раздражает?

VOICE
Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях Как сблизиться с партнером: 4 простых шага — попробуйте в отношениях

Несколько шагов, которые помогут сделать ваш союз сильнее

Psychologies
Синий дым смерти Синий дым смерти

Восемьдесят лет назад от фашистов был освобожден Ростов-на-Дону

Эксперт
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
«Отряд отморозков» «Отряд отморозков»

Миссия «Алсос», или Кто помешал нацистам создать атомную бомбу

N+1
Как устроен новейший спиральный ветрогенератор: быстрее, проще, дешевле Как устроен новейший спиральный ветрогенератор: быстрее, проще, дешевле

Компания Keystone Tower Systems может снизить стоимость ветрогенераторов

ТехИнсайдер
Все по парам! Все по парам!

Осваиваем Foodpairing – искусство составления продуктовых пар

Здоровье
Спокойствие, только спокойствие! Спокойствие, только спокойствие!

Можно ли самостоятельно балансировать душевные и телесные настройки?

Psychologies
«Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику «Рисковать, так одной»: как советская полярница Нина Демме покоряла Арктику

Ученая Нина Демме осталась в истории первой профессиональной полярницей

Forbes
Король гол Король гол

Лионель Месси: да здравствует новый король футбола!

Men Today
Брэд Питт вошел в топ-10 самых высокооплачиваемых артистов года. Анджелины Джоли в списке нет Брэд Питт вошел в топ-10 самых высокооплачиваемых артистов года. Анджелины Джоли в списке нет

Брэд Питт оказался в числе самых финансово успешных представителей шоу-бизнеса

VOICE
Особый взгляд Особый взгляд

Как в мастерской шаг за шагом рождается индивидуальная оправа ручной работы

Robb Report
Исключат скачки сахара в крови: 8 по-настоящему полезных и вкусных перекусов, допустимых при диабете Исключат скачки сахара в крови: 8 по-настоящему полезных и вкусных перекусов, допустимых при диабете

Продукты, которые помогут унять голод и не повысят сахар при этом

VOICE
Превентивная медицина: Мифы и реальность Превентивная медицина: Мифы и реальность

Что это такое и можно ли стареть, оставаясь здоровой

Добрые советы
Открыть в приложении