Vědci odhalili tajemství energie vody. Uzavřená voda se stává mocným zdrojem energie
Voda se nám jeví jako něco tak samozřejmého, že málokdy přemýšlíme o jejích neobvyklých vlastnostech. Mezitím, když se tato zdánlivě obyčejná látka dostane do mikrosvěta, začne se chovat tak, že může překvapit i vědce. Ukázalo se, že na molekulární úrovni může voda vykazovat zcela nové vlastnosti.
Voda v uzavřeném prostoru mění své vlastnosti
Když se molekuly vody ocitnou v extrémně malých prostorech, jako jsou ty, které se vyskytují v bílkovinách, jejich chování se radikálně mění. Vědci z Technologického institutu v Karlsruhe a Konstrukční univerzity v Brémách zjistili, že za těchto podmínek se voda stává vysoce energetickou a aktivně interaguje s okolním prostředím. Jejich práce vrhá nové světlo na tyto jevy. Frank Biederman z KIT to vysvětluje takto:
Obvykle molekuly vody nejvíce interagují mezi sebou. Údaje získané v průběhu experimentu však ukazují, že voda se v takových úzkých dutinách chová neobvykle. Nyní se nám podařilo poskytnout teoretické zdůvodnění těchto pozorování a dokázat, že voda v molekulárních dutinách je energeticky aktivována.
Vědci použili složité počítačové simulace a zkoumali model s molekulou známou jako cucurbit[8]uril jako hostitelem. Tento přístup jim umožnil přesně sledovat chování vody v mikroskopických prohlubních a pochopit důsledky těchto jevů pro procesy molekulární vazby.
Mechanismus vytlačování vody jako zdroj energie
Energetická hodnota odstranění vody z vazebných míst se pohybuje od 0 do 37 kcal na mol, což významně ovlivňuje pevnost vytvářených vazeb mezi molekulami. Čím více energie je zapotřebí k vytlačení vody z dutiny, tím pevnější vazba se vytvoří, když její místo zaujme jiná molekula.
V závislosti na hostitelské molekule nám počítačové modely umožnily vypočítat, o kolik větší vazebnou sílu vytváří vysoce energetická voda. Zjistili jsme, že čím více je voda energeticky aktivována, tím lépe přispívá k vazbě mezi hostitelskou molekulou a hostitelem, když je vytlačována, dodává Werner Nau z Constructor University.
V modelu byl pozorován zvláště zajímavý případ: vazba dosáhla hodnoty minus 20,7 kcal na mol, navzdory absenci přímých chemických interakcí. To znamená, že změny ve vodě byly jediným faktorem odpovědným za vytvoření této sloučeniny. To řeší dlouholetý paradox stabilní, ale termodynamicky nevýhodné vody v prohlubních. Zajímavé je, že průměrný počet molekul vody v dutinách zůstal konstantní (asi 10,5) bez ohledu na použitý model, ačkoli energetické náklady na jejich vytlačení se značně lišily.
Možnosti použití v medicíně
Tento objev může najít praktické uplatnění ve farmakologii. Identifikace vysoce energetické vody v cílových proteinech umožňuje vyvíjet účinné látky, které tuto vodu vytlačují a využívají její energii k lepšímu upevnění v proteinu. Teoreticky by to mohlo vést ke zvýšení účinnosti léků, i když to zatím zůstává v oblasti základního výzkumu. Studie poskytuje teoretické zdůvodnění předchozích experimentálních pozorování, která po mnoho let intrigovala vědce. Díky pokročilým počítačovým simulacím a přesným měřením můžeme tomuto jevu lépe porozumět.
Zároveň však odborníci poukazují na některé omezení. Výzkum vlastností vody v mikroskopických prostorech je stále v rané fázi. Možnost vývoje léků s využitím těchto mechanismů zní slibně, ale konkrétní metody léčby si ještě musíme počkat. Nicméně pochopení role vody v molekulárních procesech otevírá nové cesty pro výzkum. Možná to v budoucnu povede k vývoji léčivých látek, které budou cíleně využívat energii uvolňovanou při vytlačování vody z vazebných míst.
