Biyolojinin Gizemli Yönü: Sfenks Şeklinin Rolü
Bir DNA sarmalından protein yapı taşlarının düzenlemelerine kadar, biyokimyanın kıvrımları ve girdapları genellikle şaşırtıcı derecede tutarlı bir sol ve sağ ellilikteki kiralite yönelimini takip eder.
Üçgenlere dayalı basit bir şeklin mozaiklenmesini içeren yeni bir çalışma, biyolojinin neden bir yönelimi diğerine tercih ettiğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.
ABD ve Almanya’dan küçük bir araştırmacı ekibi tarafından yürütülen araştırma, yaşamın en ilgi çekici örüntülerinden bazılarının arkasında geometri ve temel fiziğin nasıl bir kombinasyonunun olabileceğini gösteriyor.
Chan Zuckerberg Biohub biyofizikçisi Greg Huber, “Evren bir yönlülüğü diğerine tercih etmemeli, ancak ölçekten ölçeğe, kiral tercihler ortaya çıkıyor” diyor. “Kiralite çok gizemli olabilir.”
Avuç içleri yukarı bakacak şekilde tutulan iki elimiz gibi, kiral moleküllerin aynalanmış versiyonları da ne kadar döndürülürse döndürülsün birbirleri üzerinde mükemmel bir şekilde hizalanamaz. Dolayısıyla, sol ve sağ elini kullanan moleküller neredeyse aynı görünse de, gerçek dünya üzerinde kökten farklı etkilere sahip olabilirler. Örneğin, bir ilaçta bir molekülün ters çevrilmiş versiyonunu kullanmak, yardımcı olmaktan çok zarar verebilir.
Bir yönelime sahip olanlar sadece organik moleküller de değildir. Mineraller biyolojik sistemlerde yapılandırıldıklarında kiral olabilirler. Bir salyangozun spiral şeklindeki kalsiyum karbonat kabuğu ve kemiklerimizdeki mineraller sadece iki örnektir.
Ancak bu minerallerin atom atom kristal kiral şekillere nasıl dönüştüğü, kiralitenin bir başka merak konusudur.
Huber ve meslektaşları, özellikle biyolojik bir sistemin kalabalık alanında kiralitenin ortaya çıkışını daha iyi anlamak için, bir dizi üçgenden türetilen en temel 2D kiral şekle döndüler: “sfenks” olarak adlandırılan asimetrik bir şekil.
Huber ve ekibi, sfenks karo hizalamalarının sol ve sağ elini test etmek için bilgisayar modelleri kullandılar ve onları farklı sayılarda ve yönlerde mozaiklediler. Araştırmacıların makalelerinde açıkladıkları gibi, “sonlu uzamsal sınırlara tabi yoğun şekilde paketlenmiş kiral karo topluluklarının istatistiksel mekaniğini keşfetmek ve bunların doğasında bulunan kiral doğayı ortaya çıkarmak” istediler.
Asimetrik olan sfenks karolar, kare gibi basit bir şeye kıyasla birçok farklı şekilde bir araya gelebilir. Örneğin, sadece iki sfenks karosu bir çift oluşturmak için 45’ten fazla farklı şekilde birleştirilebilirken, iki kare yalnızca bir şekilde bir araya gelebilir.
Bir desendeki sfenkslerin sayısı arttıkça, süper-üstel şekillerde birleşirler ve bu da araştırmacılara üzerinde çalışabilecekleri büyük, teorik olarak rastgele bir sisteme erişim sağlar.
Huber ve meslektaşları, kiral sfenksler arasındaki etkileşimleri, sıcaklığa benzer şekilde yüksek ve düşük enerji koşulları altında modelledi. Yüksek sıcaklıktaki sistemlerde, kiral sfenksler yer değiştirdikçe etkileşime girme şansını neredeyse hiç bulamadılar ve sonunda karmakarışık bir desen oluşturdular.
Sıcaklık düştükçe, etkileşimler daha düzenli hale geldi ve aynı kiraliteye sahip sfenksler, yukarıdaki diyagramda görebileceğiniz kümeleri oluşturmak üzere bir araya geldi.
Ancak şaşırtıcı bir şekilde, simetrik bir dış sınır tarafından kısıtlanan yüksek sıcaklık sistemlerinde – kalabalık bir odada olmak gibi – aynı kiraliteye sahip sfenksler, aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi birlikte kümelenme eğilimindedir.
Bu kadar basit, basitleştirilmiş bir kiralite modelinde bile modelleme, kaostan kalıpların ortaya çıkabileceğini ve benzer moleküllerin benzerlere doğru çekildiğini göstermektedir.
Bu geometrik desenlerin ardındaki kuralları keşfetmek, birçok bilim alanındaki araştırmacılara yardımcı olabilir; virüslerin dış kaplamalarının yapısını ya da manyetizmanın hayata moleküler asimetrisini veren zincirleme reaksiyonu nasıl başlatmış olabileceğini anlayabilirler.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Biyolojinin Gizemli Yönü: Sfenks Şeklinin Rolü