Tvar rúk: Chirálosť a jej význam v prírode
Chirálosť – vlastnosť, kedy objekt nie je zhodný so svojím odrazom. Profesor Goriely skúma jej prejav v prírode, históriu definovania a praktické využitie, napríklad pri vývoji liekov. Tragický prípad Talidomidu zdôrazňuje dôležitosť chirálnych molekúl.
Profesor Alain Goriely v zaujímavej prednáške pre Gresham College rozoberá komplexnú tému chirálosti – vlastnosti objektov, ktoré nie sú zhodné so svojím odrazom v zrkadle. Od jednoduchých príkladov, ako sú ľudské ruky, až po zložité biologické štruktúry a matematické koncepty, Gorielyho prednáška ponúka široký pohľad na tento fascinujúci jav, ktorý má dopad na rôzne oblasti vedy. Prednáška sa dotýka histórie definovania chirálosti, jej prejavov v prírode, až po praktické aplikácie a výzvy, ktoré prináša.
Čo je to vlastne chirálosť?
Slovo „chirálosť“ pochádza z gréckeho slova pre ruky („cheir“). Najjednoduchší príklad chirálosti nájdeme v našich rukách – pravú ruku nemôžeme preniesť na ľavú stranu tela tak, aby sa presne zhodovala s odrazom v zrkadle. Aj keď vyzerajú rovnako, sú to rôzne objekty. Tento jav nie je obmedzený len na ľudské ruky; vyskytuje sa u mnohých prírodných objektov, ako sú mušle, rastlinné stonky a dokonca aj molekuly.
Kľúčové poznatky z prednášky:
- Chirálosť definovaná Kelvinom: Chirálosť je vlastnosť, pri ktorej objekt nemôže byť prevedený na svoju odrazovú verziu pomocou kombinácie posunutí a rotácií.
- Význam v prírode: Chirálosť sa prejavuje v mnohých biologických štruktúrach – od tvaru stromov až po usporiadanie molekúl DNA.
- História definovania ľavej a pravej strany: Definícia ľavej a pravej strany bola historicky náročná, čo viedlo k rôznym filozofickým a vedeckým úvahám.
- Parita a fyzika: Experiment Chien-Shiung Wuovej dokázal, že slabá sila porušuje zákon zachovania parity, čím sa potvrdila fundamentalizácia rozdielu medzi ľavou a pravou stranou vo fyzike.
- Aplikácie v chémii a medicíne: Chirálosť má zásadný význam v chémii, najmä pri vývoji liekov. Nesprávna chirálna forma molekuly môže mať nežiaduce účinky, ako to ukázal tragický prípad Talidomidu.
- Torsion a meranie chirálosti: Matematicky sa chirálosť dá merať pomocou konceptu torsion, ktorý popisuje zakrivenie krivky.
Chirálosť v histórii a vede
Prednáška sa zaoberá aj historickým vývojom chápania chirálosti. Kant si všimol podobnosť medzi rukou a jej odrazom, ale zdôraznil ich neschopnosť zhodovať sa. Lord Kelvin formalizoval definíciu chirálosti v roku 1893. Maxwell stanovil konvenciu pre definovanie ľavej a pravej strany vo fyzike pomocou skrutiek. Linnaeus sa pokúšal definovať ľavú a pravú stranu u rastlín, no neskôr svoje definície opravil.
Chirálosť v biologických systémoch
Biologické systémy sú plné príkladov chirálosti. Zvitkované stromy, viniče, dokonca aj ľudské umbilikálne šnúry – všetky tieto štruktúry vykazujú chirálnu povahu. Profesor Goriely tiež predstavil fascinujúci výskum inšpirovaný slonovými chobotmi a ich schopnosťou ovládať chirálosť na účely uchopovania a kŕmenia. Výsledkom je „trunk 2.0“ – model využívajúci tekuté kryštálové elastoméry na presné ovládanie tvaru.
Chirálosť v chémii: Dôležitosť enantiomérov
Louis Pasteur urobil prelomové objavy pri štúdiu kyseliny jantárovej, čím dokázal, že jej odrazová verzia (enantiomér) interaguje nielen so svetlom, ale aj s inými molekulami odlišným spôsobom. Tento objav mal zásadný vplyv na chémiu a medicínu. Tragický prípad Talidomidu, lieku, ktorý spôsobil vážne deformácie plodu, ukázal, aké dôležité je zohľadňovať chirálnosť pri vývoji farmaceutík. Len jeden z enantiomérov bol účinný, zatiaľ čo druhý spôsobil škodlivé účinky.
Matematické nástroje na meranie chirálosti
Profesor Goriely predstavil matematické nástroje na charakterizáciu chirálosti, ako je koncept torsion – miera zakrivenia krivky. Torsion sa vypočíta ako súčet (integrál) funkcie znamienka po dĺžke krivky. Hodnota +1 indikuje pravotočivú špirálu, -1 ľavotočivú a nula naznačuje nechirálnu štruktúru.
Zaujímavé úvahy na záver
Prednáška končí sériou zaujímavých otázok na zamyslenie: prečo sa voda točí v umývadle, ako môže Hookov zákon indukovať rotáciu a aký je pôvod homochirality – faktu, že život prevažne používa len jednu chirálnu formu. Tieto otázky podnecujú k ďalšiemu skúmaniu fascinujúceho sveta chirálosti a jej významu v prírode.
Referencie:
- Gresham College website: https://www.gresham.ac.uk/watch-now/shape-hands
Približne 197 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.99 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.
Komentáre ()