Вчені відкрили нову форму води з високою енергетичною провідністю

Вчені з Інституту технологій Карлсруе (KIT) та Університету Конструктор у Бремені виявили, що вода, замкнена у мікроскопічних просторах, має «високоенергетичний» стан, який суттєво впливає на формування молекулярних зв’язків. Дослідження, опубліковане в журналі Ange­wandte Chemie Inter­na­tion­al Edi­tion, демонструє, що така вода не просто співіснує з навколишніми молекулами, а активно змінює їхню поведінку.

У природі частина води існує у вигляді крихітних «кишень» — наприклад, у білкових зв’язувальних центрах або штучних молекулах-рецепторах. Досі науковці сперечалися, чи така вода впливає на молекули поруч. За словами доктора Франка Бідермана з KIT, експериментальні дані підтверджують: у вузьких просторах вода стає енергетично активнішою, ніж звичайна, і під час вивільнення може посилювати міжмолекулярні зв’язки.

Дослідники використали модельну систему на основі молекули кукурбіту[8]урилу, яка може приймати інші молекули всередину своєї порожнини. Коли така «високоенергетична» вода виходить із молекулярної пастки, вона передає енергію процесу зв’язування. За словами професора Вернера Нау, чим вищий рівень енергетичної активації води, тим сильніше вона сприяє утворенню стабільних молекулярних комплексів.

Ці результати не лише пояснюють механізми взаємодії в біомолекулах, але й відкривають перспективи для практичного застосування. У фармакології ідентифікація такої води у білках-мішенях може допомогти створювати ліки, які ефективніше зв’язуються з білком, витісняючи енергетично активну воду. У матеріалознавстві ж створення структур, що керують поведінкою замкненої води, може підвищити ефективність сенсорів чи систем зберігання енергії.

Дослідження поєднало високоточну калориметрію, що вимірює тепло, виділене під час молекулярних реакцій, із комп’ютерним моделюванням, виконаним у Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго під керівництвом професорів Джеффрі Сетіаді та Майкла Гілсона. Науковці дійшли висновку, що саме такі високоенергетичні водні молекули можуть бути ключовим рушієм багатьох природних процесів — від формування білкових структур до ефективності антитіл проти вірусів, зокрема SARS-CoV­‑2.