Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Новое исследование плитки "сфинкс" — асимметричного шестигранного алмаза — выявило ее способность создавать сложные масштабируемые узоры, которые проливают свет на основные принципы хиральности в биологии, объясняя предпочтение определенных молекулярных и физиологических ориентаций.

Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Почему сердце у большинства людей немного смещено влево? Почему ДНК почти всегда закручивается в правую спираль? И почему альфа-спирали в белках тоже склоняются к правому повороту? Хиральность, или асимметрия, широко распространена в биологии, но причины этого явления часто остаются загадкой.

Биофизик Грег Хубер из Chan Zuckerberg Biohub в Сан-Франциско три года исследовал эти вопросы, используя простую, но малоизученную асимметричную форму — плитку сфинкса, которая располагается на треугольной решетке. Вместе с коллегами Крейгом Кнехтом, Уолтером Трампом и Робертом Зиффом он обнаружил неожиданные свойства, связанные с хиральностью этой формы. Их работа недавно была опубликована в журнале Physical Review Research.

Плитка сфинкса состоит из шести равносторонних треугольников, которые образуют шестиугольник с внутренней хиральностью: плитка может иметь либо левую, либо правую ориентацию. Интересно, что это единственный известный асимметричный шестиугольник, который можно масштабировать — сфинкс любого размера можно замостить более мелкими копиями самого себя. Например, сфинкс порядка 2 состоит из 4 таких плиток, порядка 3 — из 9, и так далее. Количество возможных раскладок мозаики быстро растет: если для сфинкса порядка 5 существует 153 варианта мозаики, то для порядка 13 — уже 10^30 (единица с 30 нулями).

Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Источник: Huber, et. al, Physical Review Research.

Плитка сфинкса одновременно асимметрична и «рептильна», что означает, что ее форма может быть составлена ​​из повторяющихся, меньших копий самой себя.

Эта асимметрия открывает множество возможностей для изучения хиральности. Например, если взять две плитки сфинкса и разместить их рядом, существует 46 различных способов составить пару. В отличие от этого, два квадрата можно соединить только одним способом.

Эти плитки можно располагать так, чтобы соседние сфинксы имели одинаковую ориентацию, создавая мозаики с низкой хиральной энергией, или наоборот — с высокой хиральной энергией, если ориентации будут разными.

Грег Хубер, возглавляющий группу теоретиков в San Francisco Biohub, подчеркивает, что это исследование — не просто абстрактный эксперимент. Он отмечает, что геометрия и хиральность имеют важные связи с биологией, которые часто упускаются из виду. Например, капсиды вирусов обладают геометрической симметрией, основанной на той же решетке.

Вселенная не обязана отдавать предпочтение одной стороне перед другой, но на разных уровнях масштаба возникают хиральные предпочтения. Хиральность может быть крайне загадочной, и удивительные хиральные взаимодействия плиток сфинкса вдохновили нас на это исследование.

Читайте также

Физики РАН указали на ошибку в исследованиях гибридных сверхпроводников

Физики РАН указали на ошибку в исследованиях гибридных сверхпроводников

Китайские ученые создали сверхчувствительный магнитный датчик размером с клетку кожи

Китайские ученые создали сверхчувствительный магнитный датчик размером с клетку кожи

Ученые опровергли миф о том, что арбуз – это ягода

Ученые опровергли миф о том, что арбуз – это ягода

Физики установили новый рекорд в поисках «запрещенного» свойства мюона

Физики установили новый рекорд в поисках «запрещенного» свойства мюона

Ученые научились генерировать и синхронизировать магнитные волны для передачи информации

Ученые научились генерировать и синхронизировать магнитные волны для передачи информации

Физики МФТИ оценили вероятность квантового распада Вселенной

Физики МФТИ оценили вероятность квантового распада Вселенной

Интенсивный спорт подавляет иммунитет через гормоны стресса и воспаление

Интенсивный спорт подавляет иммунитет через гормоны стресса и воспаление

Ученые раскрыли, почему диабетикам и гипертоникам так сложно соблюдать диету

Ученые раскрыли, почему диабетикам и гипертоникам так сложно соблюдать диету

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

В Швейцарии создали микророботов, которые двигаются за счет звука без батарей и двигателей

В Швейцарии создали микророботов, которые двигаются за счет звука без батарей и двигателей

Астрономы обнаружили гигантский поток газа, который «опрокинул» планетообразующий диск

Астрономы обнаружили гигантский поток газа, который «опрокинул» планетообразующий диск

17 августа отмечается годовщина запуска миссии «Венера-7»

17 августа отмечается годовщина запуска миссии «Венера-7»

Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах

Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах