Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54468 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике ABOUT MECHANISMS OF CHARALITY OF MACROSCOPIC SYSTEMS О МЕХАНИЗМАХ ХИРАЛЬНОСТИ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ Твердислов В А Tverdislov V A Мазуров М Е Mazurov M E mazurov37@mail.ru Яковенко Л. В. Yakovenko L. V. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Москва Россия Lomonosov Moscow State University Moscow Russian Federation 25 12 2019 25 12 2019 4 4 496 504 20 12 2019 20 12 2019 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54468/view

Установлено, что механизмы хиральности и хиральные свойства являются инвариантными как для макроскопических, так и для микроскопических объектов. Хиральные системы обладают рядом замечательных свойств, позволяющих реализовать самоорганизацию в сложных системах. В данной работе рассмотрены свойства хиральных систем на примере энергоемких упругих закрученных нитей, обладающих запасом свободной энергии и элементами хиральной асимметрии. Установлены следующие свойства макроскопических хиральных систем: влияние упругости при сгибании нити, чем меньше упругость на изгиб, тем меньше шаг двойной спирали и наоборот; допустимо закручивать три, четыре и большее количество упругих нитей, ограничений нет. Прочность системы из нескольких скрученных нитей увеличивается при увеличении числа скрученных нитей; хиральные системы являются аккумуляторами энергии; имеется возможность роста «усов» в хиральной системе; необходимость существования «замков» в хиральных структурах, соединяющих отдельные скрученные нити хиральной системы; влияние начальных условий на возникновение хиральности; имеет место масштабная инвариантность скейлинг эволюции хиральных систем. Многие свойства хиральности для макроскопических механических систем имеет место и на молекулярном уровне.

It is established that the chirality mechanisms and chiral properties are invariant for both macroscopic and microscopic objects. Chiral systems have a number of remarkable properties that allow self-organization in complex systems. In this paper, the properties of chiral systems are examined by the example of energy-intensive elastic twisted filaments with a free energy reserve and elements of chiral asymmetry. The following properties of macroscopic chiral systems are established: the effect of elasticity during bending of the thread, the less the elasticity in bending, the smaller the step of the double helix and vice versa; it is permissible to twist three, four or more elastic threads, there are no restrictions. The strength of a system of several twisted threads increases with an increase in the number of twisted threads; chiral systems are energy storage devices; there is the possibility of the growth of "whiskers" in the chiral system; the need for the existence of “locks” in chiral structures connecting individual twisted strands of the chiral system; the influence of the initial conditions on the occurrence of chirality; scale invariance of the scaling evolution of chiral systems takes place. Many chirality properties for macroscopic mechanical systems also occur at the molecular level.

 макроскопические хиральные системы энергоемкие закрученные нити аккумуляторы энергии замки хиральных систем масштабная инвариантность macroscopic chiral systems energy-intensive twisted threads energy accumulators chiral system locks large-scale invariance

Аветисов В.А., Гольданский В.И. Физические аспекты нарушения зеркальной симметрии биоорганического мира. УФН, 1996, т. 166, №8, с. 873-891. @@[Avetisov V.A., Goldansky V.I. Physical aspects of violation of mirror symmetry of the Bioorganic world. UFN, 1996, vol. 166, no. 8, pp. 873-891. (In Russ.)] Avetisov V.A., Gol'danskiy V.I. Fizicheskie aspekty narusheniya zerkal'noy simmetrii bioorganicheskogo mira. UFN, 1996, t. 166, №8, s. 873-891. @@[Avetisov V.A., Goldansky V.I. Physical aspects of violation of mirror symmetry of the Bioorganic world. UFN, 1996, vol. 166, no. 8, pp. 873-891. (In Russ.)] Блюменфельд Л.А., Pешаемые и неpешаемые пpоблемы биологичеcкой физики. Едитоpиал УPCC, М., 2002. @@[Blumenfeld L.A., Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, M., 2002. (In Russ.)] Blyumenfel'd L.A., Peshaemye i nepeshaemye ppoblemy biologicheckoy fiziki. Editopial UPCC, M., 2002. @@[Blumenfeld L.A., Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, M., 2002. (In Russ.)] Твеpдиcлов В.А, Малышко Е.В., Ильченко C.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Изв. PАН. Cеp. физ., 2015, т. 79 (3), c. 1728. @@[Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S. A. From autowave mechanisms of self-organization to molecular machines. Izv. RAN. Ser. phis., 2015, vol. 79 (3), 1728 p. (In Russ.)] Tvepdiclov V.A, Malyshko E.V., Il'chenko C.A. Ot avtovolnovyh mehanizmov samoorganizacii k molekulyarnym mashinam. Izv. PAN. Cep. fiz., 2015, t. 79 (3), c. 1728. @@[Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S. A. From autowave mechanisms of self-organization to molecular machines. Izv. RAN. Ser. phis., 2015, vol. 79 (3), 1728 p. (In Russ.)] Гольданcкий В.И., Кузьмин В.В. Спонтанное нарушение зеркальной симметрии в природе и происхождение жизни. Уcпеxи физ. наук., 1989, т. 157 (1), с. 3. @@[Goldansky V.I., Kuzmin V.V. Spontaneous disruption of mirror symmetry in nature and the origin of life. Uspekhy phiz. nauk, 1989, vol. 157 (1), 3 p. (In Russ.)] Gol'danckiy V.I., Kuz'min V.V. Spontannoe narushenie zerkal'noy simmetrii v prirode i proishozhdenie zhizni. Ucpexi fiz. nauk., 1989, t. 157 (1), s. 3. @@[Goldansky V.I., Kuzmin V.V. Spontaneous disruption of mirror symmetry in nature and the origin of life. Uspekhy phiz. nauk, 1989, vol. 157 (1), 3 p. (In Russ.)] Твеpдиcлов В.А., Яковенко Л.В., Ивлиева А.А. и Твеpдиcлова И.Л. Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза. Веcтн. МГУ. Cеp. 3. Физика, аcтpономия, 2011, № 2, c. 3. @@[Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmetries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestn. MGU. Ser. 3. Phizika, astronomiya, 2011, no. 2, p. 3. (In Russ.)] Tvepdiclov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A. i Tvepdiclova I.L. Ionnaya i hiral'naya asimmetrii kak fizicheskie faktory biogeneza i ontogeneza. Vectn. MGU. Cep. 3. Fizika, actponomiya, 2011, № 2, c. 3. @@[Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmetries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestn. MGU. Ser. 3. Phizika, astronomiya, 2011, no. 2, p. 3. (In Russ.)] Твеpдиcлов В.А., Cидоpова А.Э., Яковенко Л.В. От симметрий - к законам эволюции. I. хиральность как инструмент стратификации активных сред. Биофизика, 2012, т. 57 (1), c. 146. @@[Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. From symmetries - to the laws of evolution. I. chirality as an instrument of stratification of active media. Biophizika, 2012, vol. 57 (1), 146 p. (In Russ.)] Tvepdiclov V.A., Cidopova A.E., Yakovenko L.V. Ot simmetriy - k zakonam evolyucii. I. hiral'nost' kak instrument stratifikacii aktivnyh sred. Biofizika, 2012, t. 57 (1), c. 146. @@[Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. From symmetries - to the laws of evolution. I. chirality as an instrument of stratification of active media. Biophizika, 2012, vol. 57 (1), 146 p. (In Russ.)] Твеpдиcлов В.А. Хиральность как первичный переключатель иерархических уровней в молекулярно- биологических системах. Биофизика, 2013, т. 58, №1, с. 159-164. @@[Tverdislov V. A. Chirality as a primary switch of hierarchical levels in molecular biological systems. Biophizika, 2013, vol. 58, no. 1, pp. 159-164. (In Russ.)] Tvepdiclov V.A. Hiral'nost' kak pervichnyy pereklyuchatel' ierarhicheskih urovney v molekulyarno- biologicheskih sistemah. Biofizika, 2013, t. 58, №1, s. 159-164. @@[Tverdislov V. A. Chirality as a primary switch of hierarchical levels in molecular biological systems. Biophizika, 2013, vol. 58, no. 1, pp. 159-164. (In Russ.)] Твердислов В.А., Яковенко Л.В., Мазуров М.Е., Калюжный И.М. Автоволновая модель образования везикул на поверхности океана. Вестник МГУ. Сек. 3. Физика. Астрономия, 2014, № 6, с. 107-109. @@[Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Mazurov M.E., Kalyuzhny I.M. Autowave model of vesicle formation on the ocean surface. Vestnik MGU. Sek. 3. Phizika. Astronomiya, 2014, no. 6, pp. 107-109. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Mazurov M.E., Kalyuzhnyy I.M. Avtovolnovaya model' obrazovaniya vezikul na poverhnosti okeana. Vestnik MGU. Sek. 3. Fizika. Astronomiya, 2014, № 6, s. 107-109. @@[Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Mazurov M.E., Kalyuzhny I.M. Autowave model of vesicle formation on the ocean surface. Vestnik MGU. Sek. 3. Phizika. Astronomiya, 2014, no. 6, pp. 107-109. (In Russ.)] Cтовбун С.В., Cкоблин А.А., Твеpдиcлов В.А. Экcпеpиментальное наблюдение cинеpгетичеcкой закономеpноcти cмены знака xиpальноcти в иеpаpxияx биомиметичеcкиx cтpуктуp. Биофизика, 2014, т. 59 (6), с. 1079. @@[Stovbun S.V., Skoblin A.A., Tverdislov V.A. Experimental observation of synergetic regularity of chirality sign change in hierarchies of biomimetic structures. Biophizika, 2014, vol. 59 (6), p. 1079. (In Russ.)] Ctovbun S.V., Ckoblin A.A., Tvepdiclov V.A. Ekcpepimental'noe nablyudenie cinepgeticheckoy zakonomepnocti cmeny znaka xipal'nocti v iepapxiyax biomimeticheckix ctpuktup. Biofizika, 2014, t. 59 (6), s. 1079. @@[Stovbun S.V., Skoblin A.A., Tverdislov V.A. Experimental observation of synergetic regularity of chirality sign change in hierarchies of biomimetic structures. Biophizika, 2014, vol. 59 (6), p. 1079. (In Russ.)] Cтовбун С.В., Миxалева М.Г., Cкоблин А.А., Твеpдиcлов В.А. Cтpуктуpообpазование в xиpальныx cиcтемаx. Cупpамолекуляpные cтpуны. под pед. В.А. Твеpдиcлова (Физичеcкий факультет МГУ, М.), 311 с. @@[Stovbun S.V., Mikhaleva M.G., Skoblina А.A., Tverdislov V.A. structure Formation in chiral systems. Supramolekulyar-niye struny, ed. V. A. Tverdislov (faculty of Physics, Moscow state University), 311 p. (In Russ.)] Ctovbun S.V., Mixaleva M.G., Ckoblin A.A., Tvepdiclov V.A. Ctpuktupoobpazovanie v xipal'nyx cictemax. Cuppamolekulyapnye ctpuny. pod ped. V.A. Tvepdiclova (Fizicheckiy fakul'tet MGU, M.), 311 s. @@[Stovbun S.V., Mikhaleva M.G., Skoblina A.A., Tverdislov V.A. structure Formation in chiral systems. Supramolekulyar-niye struny, ed. V. A. Tverdislov (faculty of Physics, Moscow state University), 311 p. (In Russ.)] Намиот В.А, Ботяновcкий А.В., Филатов И.В. и дp. Дальнодействующие взаимодействия и принципы молекулярного узнавания на разных уровнях строения биосистем. Биофизика, 2016, т. 61, № 1, с. 54-59. @@[Namiot V.A., Botyanovsky A.V., Filatov I.V. et al. long-Range interactions and principles of molecular recognition at different levels of Biosystems structure. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 1, pp. 54-59. (In Russ.)] Namiot V.A, Botyanovckiy A.V., Filatov I.V. i dp. Dal'nodeystvuyuschie vzaimodeystviya i principy molekulyarnogo uznavaniya na raznyh urovnyah stroeniya biosistem. Biofizika, 2016, t. 61, № 1, s. 54-59. @@[Namiot V.A., Botyanovsky A.V., Filatov I.V. et al. long-Range interactions and principles of molecular recognition at different levels of Biosystems structure. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 1, pp. 54-59. (In Russ.)] Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. Релакcационный фолдинг и пpинцип минимума cкоpоcти диccипации энеpгии для конфоpмационныx движений в вязкой cpеде. Биофизика, 2016, т. 61, № 4, с. 629-637. @@[Shaitan K.V., Lozhnikov M.A., Kobelkov G.M. Relaxation folding and the principle of minimum energy dissipation rate for conformational movements in a viscous medium. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 4, pp. 629-637. (In Russ.)] Shaytan K.V., Lozhnikov M.A., Kobel'kov G.M. Relakcacionnyy folding i ppincip minimuma ckopocti diccipacii enepgii dlya konfopmacionnyx dvizheniy v vyazkoy cpede. Biofizika, 2016, t. 61, № 4, s. 629-637. @@[Shaitan K.V., Lozhnikov M.A., Kobelkov G.M. Relaxation folding and the principle of minimum energy dissipation rate for conformational movements in a viscous medium. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 4, pp. 629-637. (In Russ.)] Мазуров М.Е. Нелинейные вогнутые спиальные автоволны и их приложения. Изв. PАН. Cеp. Физ., 2018, т. 82, №1. @@[Mazurov M.E. Nonlinear concave spiral autowaves and their applications. Izv. RAN. Ser. phis., 2018, vol. 82, no. 1. (In Russ.)] Mazurov M.E. Nelineynye vognutye spial'nye avtovolny i ih prilozheniya. Izv. PAN. Cep. Fiz., 2018, t. 82, №1. @@[Mazurov M.E. Nonlinear concave spiral autowaves and their applications. Izv. RAN. Ser. phis., 2018, vol. 82, no. 1. (In Russ.)] Мазуров М.Е., Калюжный И.М. Автоволны кругового типа в предсердиях человека и начальные условия для их возникновения. Вестник МГУ. Серия Физика, 2014, № 3, с. 45-49. @@[Mazurov M. E., Kaluzhny I.M. The Waves with circular action in Atria of human and initial conditions for their occurrence. Vestnik MGU. Seriya Phizika, 2014, no. 3, pp. 45-49. (In Russ.)] Mazurov M.E., Kalyuzhnyy I.M. Avtovolny krugovogo tipa v predserdiyah cheloveka i nachal'nye usloviya dlya ih vozniknoveniya. Vestnik MGU. Seriya Fizika, 2014, № 3, s. 45-49. @@[Mazurov M. E., Kaluzhny I.M. The Waves with circular action in Atria of human and initial conditions for their occurrence. Vestnik MGU. Seriya Phizika, 2014, no. 3, pp. 45-49. (In Russ.)] Мазуров М.Е., Твердислов В.А. Механизм самоорганизации в поверхностном микрослое воды с использованием термокапиллярной конвекции. Биофизика, 2016, т. 61, № 6, с. 1068-1072. @@[Mazurov M.E., Tverdislov V.A. Mechanism of self-organization in the surface micro-layer of water using thermocapillary convection. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 6, pp. 1068-1072. (In Russ.)] Mazurov M.E., Tverdislov V.A. Mehanizm samoorganizacii v poverhnostnom mikrosloe vody s ispol'zovaniem termokapillyarnoy konvekcii. Biofizika, 2016, t. 61, № 6, s. 1068-1072. @@[Mazurov M.E., Tverdislov V.A. Mechanism of self-organization in the surface micro-layer of water using thermocapillary convection. Biophizika, 2016, vol. 61, no. 6, pp. 1068-1072. (In Russ.)] Мазуров М.Е. Идентификация математических моделей нелинейных динамических систем. М.: Ленанд, 2019, 284 с. @@[Mazurov M. E. Identification of mathematical models of nonlinear dynamical systems. M.: Lenand, 2019, 284 p. (In Russ.)] Mazurov M.E. Identifikaciya matematicheskih modeley nelineynyh dinamicheskih sistem. M.: Lenand, 2019, 284 s. @@[Mazurov M. E. Identification of mathematical models of nonlinear dynamical systems. M.: Lenand, 2019, 284 p. (In Russ.)] Ванаг В.К. Диссипативные структуры в реакционно-диффузионных системах: Эксперимент и теория. РХД, 2008, 300 с. @@[Vanag V.K. Dissipative structures in reaction-diffusion systems: Experiment and theory. RCD, 2008, 300 p. (In Russ.)] Vanag V.K. Dissipativnye struktury v reakcionno-diffuzionnyh sistemah: Eksperiment i teoriya. RHD, 2008, 300 s. @@[Vanag V.K. Dissipative structures in reaction-diffusion systems: Experiment and theory. RCD, 2008, 300 p. (In Russ.)] Швенк Т. Чувствующий хаос. Образование движущихся форм в воде и воздухе. Москва: Новый центр, 2003, 216 с. @@[Schwenk T. The Sense of chaos. Formation of moving forms in water and air. Moscow: New center, 2003, 216 p. (In Russ.)] Shvenk T. Chuvstvuyuschiy haos. Obrazovanie dvizhuschihsya form v vode i vozduhe. Moskva: Novyy centr, 2003, 216 s. @@[Schwenk T. The Sense of chaos. Formation of moving forms in water and air. Moscow: New center, 2003, 216 p. (In Russ.)]