Una forma de “esfinge” podría ayudar a entender el misterio de la geometría biológica  

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Una forma de “esfinge” podría ayudar a entender el misterio de la geometría biológica  

La baldosa de la esfinge es asimétrica y "repetitiva", lo que significa que su forma se puede componer con copias repetidas y más pequeñas de sí misma. / Huber et al., Physical Review Research, 2024

En el vasto universo de la bioquímica, desde el espiral de una hebra de ADN hasta los complejos arreglos de los bloques constructivos de las proteínas, existe un fenómeno fascinante conocido como quiralidad. Esta se refiere a la orientación específica de izquierda y derecha en las estructuras moleculares. 

Un estudio reciente, publicado en Physical Review Research y llevado a cabo por un equipo de investigadores de Estados Unidos y Alemania, ha arrojado luz sobre por qué la biología muestra una preferencia marcada por una orientación sobre otra. Para ello los científicos utilizaron las teselaciones de una forma simple basada en triángulos.

La investigación destaca 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 en escala tras escala, las preferencias quirales emergen», explica Greg Huber, biofísico del Chan Zuckerberg Biohub.  

La quiralidad

La quiralidad, con su capacidad de ser tan misteriosa, ofrece un campo vasto para la exploración científica. Al igual que nuestras dos manos sostenidas con las palmas hacia arriba, la versión espejada de las moléculas quirales no puede alinearse perfectamente una sobre la otra, sin importar cómo se las rote. 

Por lo tanto, aunque las moléculas de mano izquierda y derecha parezcan casi idénticas, pueden tener impactos radicalmente diferentes en el mundo real. Usar la versión invertida de una molécula en un medicamento, por ejemplo, podría causar más daño que beneficio.

La orientación no se limita solo a las moléculas orgánicas. Los minerales pueden ser quirales cuando se estructuran en sistemas biológicos, como lo demuestra la concha espiralada de carbonato de calcio de un caracol y los minerales en nuestros huesos. 

La investigación 

Para comprender mejor la emergencia de la quiralidad, especialmente en el espacio abarrotado de un sistema biológico, Huber y sus colegas recurrieron a la forma quiral bidimensional más básica derivada de una serie de triángulos: una forma asimétrica apodada la esfinge.

Mediante modelos computacionales, el equipo de Huber probó la quiralidad de las alineaciones de teselas de esfinge, teselándolas en diferentes números y orientaciones. «Queríamos explorar la mecánica estadística de, y exponer la naturaleza quiral inherente en, conjuntos de teselas quirales densamente empaquetadas sujetas a límites espaciales finitos», explican en su publicación.

Sorprendentemente, en sistemas de alta temperatura constreñidos por un límite exterior simétrico, como estar en una habitación abarrotada, las esfinges de la misma quiralidad tendían a agruparse también.

Mosaicos quirales
En condiciones de baja energía (izquierda), los mosaicos de la esfinge muestran un agrupamiento de formas quirales derecha (roja) e izquierda (azul) que están todas mezcladas en condiciones de alta energía (derecha). / Huber et al., Physical Review Research, 2024

Este modelo básico y despojado de quiralidad muestra cómo pueden surgir patrones del caos y que moléculas similares parecen gravitar hacia las similares. 

Descubrir reglas detrás de estos patrones geométricos podría ayudar a los investigadores en muchos campos de la ciencia. Por ejemplo, podríamos entender la estructura de las capas exteriores de los virus o cómo el magnetismo podría haber desencadenado una reacción en cadena que finalmente le dio a la vida su asimetría molecular

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