Решен е дългогодишният проблем с водата в супрамолекулярната химия

Водата покрива по-голямата част от повърхността на Земята, циркулира в човешкото тяло и присъства дори в най-малките молекулярни структури. Изследователи от Германия за пръв път показаха, че ако водата няма възможност да тече свободно, тя ще повлияе на околната среда и ще стимулира връзките между молекулите. Откритието на химиците може да подскаже нови методи за разработване на лекарства и материали.

Водните молекули проникват в най-тесните пространства и малки цепнатини, като например в центровете за свързване на протеините и синтетичните рецептори. Все още е спорно дали тази вода се държи неутрално в присъствието на други молекули, или влияе на процеса на свързване.

„Обикновено водните молекули взаимодействат най-силно помежду си. Експерименталните данни обаче показват, че водата се държи необичайно в толкова тесни кухини“, казва д-р Франк Бидерман от Технологичния институт в Карлсруе. – Сега можем да предоставим теоретичната основа на тези наблюдения и да докажем, че водата в молекулните кухини е енергийно активирана.“

В това високоенергийно състояние водата се държи като хора в претъпкан асансьор: щом вратата се отвори, те изскачат навън. По същия начин високоенергийната вода си проправя път навън, извън кухината, ако там попадне друга молекула. Енергията на водата помага на новата молекула да се свърже с молекулната кухина, пише EurekAlert.

Като молекула-приемник изследователите са взели веществото кукубитурил. То е в състояние да приема „“гостуващите“ молекули и поради високата степен на симетрия да се анализира е много по-лесно, отколкото сложните системи като протеините. Компютърните модели, които отчитат различните гост-молекули, позволили на учените да изчислят колко по-голяма сила на свързване осигурява високоенергийната вода.

Те установиха, че колкото по-енергийна е водата, толкова по-ефективна е тя при улесняване на свързването на гостуваща молекула с нейния носител по време на изместването.

„Откритията ясно показват, че концепцията за високоенергийните водни молекули има физическа основа и че именно тези водни молекули са централната движеща сила в процеса на образуване на молекулни връзки. Дори естествените антитела, като например тези срещу SARS-CoV-2, могат да дължат част от своята ефективност на начина, по който транспортират водните молекули във и от съединителните кухини“, .

казва Бидерман

Откритието на германските химици може да окаже значително влияние върху медицината и материалознанието.

В областта на лекарствените препарати идентифицирането на високоенергийната вода в целевите белтъци открива възможност за систематичното проектиране на активните съставки, по такъв начин, че те да изместят тази вода, да използват нейната свързваща сила и по този начин да се закотвят по-дълбоко в протеина, като по този начин увеличат ефикасността на лекарството. В областта на материалознанието създаването на кухини, които изместват водата, може да подобри сензорните и запаметяващите свойства на даден материал.