Desde la hélice de una hebra de ADN hasta la disposición de los componentes básicos de las proteínas, los giros y remolinos de la bioquímica a menudo siguen una orientación sorprendentemente consistente de diestros y zurdos.poseer como quiralidad.
Un estudio reciente que involucra teselados de una forma simple basada en triángulos podría ayudarnos a comprender mejor por qué la biología tiene preferencias por una orientación sobre la otra.
La investigación, realizada por un pequeño equipo de investigadores de Estados Unidos y Alemania, muestra cómo una combinación de geometría y física básica podría estar detrás de algunos de los patrones más intrigantes de la vida.
“El Universo no debería favorecer una mano sobre otra, pero escala tras escala, surgen preferencias quirales”, dijo el biofísico de Chan Zuckerberg Biohub, Greg Huber. dice. “La quiralidad puede ser muy misteriosa”.
Al igual que nuestras dos manos con las palmas hacia arriba, la versión reflejada de las moléculas quirales no se puede alinear perfectamente una sobre otra sin importar cómo se giren. Entonces, si bien las moléculas zurdas y diestras parecen casi idénticas, pueden tener impactos radicalmente diferentes en el mundo real. Usar la versión invertida de una molécula en un medicamento, por ejemplo, podría hacer más daño que ayudar.
Tampoco son sólo las moléculas orgánicas las que pueden tener una orientación. Los minerales pueden ser quirales cuando se estructuran en sistemas biológicos. un caracol cáscara de carbonato de calcio en forma de espiral y el minerales en nuestros huesos son sólo dos ejemplos.
Pero cómo se forman estos minerales átomo a átomo. en formas quirales cristalinas
Para comprender mejor el surgimiento de la quiralidad, especialmente en el abarrotado espacio de un sistema biológico, Huber y sus colegas recurrieron a la forma quiral 2D más básica derivada de una serie de triángulos: una forma asimétrica apodada esfinge.
Huber y su equipo utilizaron modelos informáticos para probar la orientación hacia la izquierda y hacia la derecha de las alineaciones de los mosaicos de la esfinge, teselandolos en diferentes números y orientaciones. Como los investigadores explicar en su documentoquerían “explorar la mecánica estadística y exponer la naturaleza quiral inherente a conjuntos de mosaicos quirales densamente poblados sujetos a límites espaciales finitos”.
Al ser asimétricas, las fichas de esfinge pueden encajar de muchas maneras diferentes, en comparación con algo tan simple como un cuadrado. Por ejemplo, sólo dos fichas de esfinge se pueden combinar de más de 45 formas diferentes para formar un par, mientras que dos cuadrados sólo pueden ir juntos en una dirección.
A medida que aumenta el número de esfinges en un patrón, se combinan de forma superexponencial, dando a los investigadores acceso a un gran sistema teóricamente aleatorio con el que trabajar.
Huber y sus colegas modelaron las interacciones entre esfinges quirales en condiciones de alta y baja energía, similares a la temperatura. En los sistemas de alta temperatura, las esfinges quirales apenas tenían oportunidad de interactuar mientras se empujaban en su lugar y terminaban formando un patrón confuso.
A medida que las temperaturas bajaron, las interacciones se volvieron más ordenadas y las esfinges de la misma quiralidad se agruparon para formar grupos que se pueden ver en el diagrama de arriba.
Sin embargo, sorprendentemente, en sistemas de alta temperatura limitados por un límite exterior simétrico (como estar en una habitación llena de gente), las esfinges de la misma quiralidad también tendían a agruparse, como se muestra en el diagrama siguiente.
Incluso en un modelo de quiralidad tan básico y simplificado, el modelado muestra que pueden surgir patrones del caos y que las moléculas similares parecen gravitar hacia las similares.
Descubrir cualquier regla detrás de estos patrones geométricos podría ayudar a los investigadores de muchos campos de la ciencia y posiblemente a comprender el estructura de las capas exteriores de los virus o como El magnetismo podría haberse activado. una reacción en cadena que finalmente dio a la vida su asimetría molecular.
Esta investigación fue publicada en Investigación de revisión física.