Полтора века назад великий Пастер обратил внимание на то, что живая природа построена из неодинакового количества «левых» и «правых» молекул, отличающихся по оптическим свойствам и, следовательно, по своим структурам, связанным с симметрией. Данное явление нарушения симметрии названо «хиральностью» (χειρ = греч. «рука»). Так, все аминокислоты в белках – левые (L), все сахара, в т.ч. рибоза и дезоксирибоза в нуклеиновых кислотах, – правые (D), липиды в мембранах клеток – левые и т.д. Все годы исследователей занимал вопрос, каким образом произошло подобное нарушение симметрии на заре возникновения Жизни на Земле. Ответа до сих пор нет.
Руководители направления:
к.ф.-м.н. Малышко Екатерина Владимировна,
профессор Твердислов Всеволод Александрович
Появляются веские основания считать, что, как и в физике, в биологии фундаментальное значение могут иметь базовые симметрийные факторы. В частности, именно они могут сопрягать и оптимизировать потоки превращений энергии, вещества и информации, переводя их из микроскопического уровня химии в макроскопический уровень макромолекулярных биологических машин.
Нам удалось выявить и обосновать общую природную закономерность, свойственную гомохиральным системам (сообществам молекул одного знака хиральности): их способность самопроизвольно формировать структурные иерархии с чередующимся знаком хиральности, т.е. с чередой нарушений симметрии. Новая общая молекулярно-биологическая закономерность: начиная с уровня асимметричного углерода (D или L) в дезоксирибозе и аминокислотах, прослежена тенденция чередования знака хиральности внутримолекулярных структурных уровней D-L-D-L для ДНК и L-D-L-D для белков. Конкретными высшими хиральными конструкциями выступают спиральные и суперспиральные структуры в молекулах белков и нуклеиновых кислот.
К настоящему моменту научным коллективом кафедры биофизики достигнут ряд ключевых результатов:
Физическая теория этого молекулярно-биологического явления, как и работы молекулярных машин, хиральных по своей природе, только-только создаётся и ждёт молодых и пытливых исследователей.
Статьи:
1. Tverdislov, V.A.; Malyshko, E.V. Chiral Dualism as an Instrument of Hierarchical Structure Formation in Molecular Biology.// Symmetry 2020, 12(4), 587; DOI: 3390/sym12040587
(https://www.mdpi.com/2073-8994/12/4/587)
2. Tverdislov V.A., Malyshko E.V. On regularities of spontaneous formation of structural hierarchies in chiral systems of non-living and living nature. Physics Uspekhi. 2019, 189, 4, 375-38
3. Твердиcлов В.А., Малышко Е.В., Ильченко C.А., Жулябина О.А., Яковенко Л.В. Периодическая система хиральных структур в молекулярной биологии. // Биофизика, 2017, т. 62, №. 3, c. 421–434.
4. Малышко Е. В., Муртазина А. Р., Твердислов В. А. Хиральность как физическая основа иерархической периодизации структур биомакромолекул // Биофизика. — 2020. — Т. 65, № 2. — С. 213–218.
См. также: