Voda v uzavřeném prostoru mění své vlastnosti
Když jsou molekuly vody uvízlé v extrémně malých prostorech, jako jsou ty, které se vyskytují v proteinech, jejich chování se zásadně mění. Vědci z Karlsruhe Institute of Technology a Constructor University v Bremě objevili, že voda v těchto podmínkách se stává vysoce energetickou a aktivně interaguje s okolím. Jejich práce vrhá nové světlo na tato jevy.
Frank Biedermann z KIT uvedl: „Obvykle mezi sebou molekuly vody nejvíce interagují. Nicméně údaje získané z experimentu ukazují, že voda se chová výjimečně v tak úzkých prostorech. Podařilo se nám nyní dodat teoretické základy těchto pozorování a dokázat, že voda v molekulárních prostorách je energeticky aktivována.“
Mechanismus vytěsnění vody jako zdroj energie
Energetické náklady na odstranění vody z vazeb se pohybují od 0 do 37 kcal na mol, což významně ovlivňuje sílu vznikajících spojení mezi molekulami. Čím více energie je potřeba na vypuzení vody z prostoru, tím trvalejší vazba vzniká, když její místo zaujme jiná molekula.
V závislosti na molekule hosta umožnily počítačové modely vědcům spočítat, o kolik větší sílu vazby vytváří vysoce energetická voda. Odkryli, že čím více je voda energeticky aktivována, tím lépe přispívá k vazbě mezi molekulou hosta a hostitelem, když je vytěsněna,“ dodává Werner Nau z Constructor University.
V modelu byl pozorován zvláště zajímavý případ: vazba dosáhla hodnoty -20,7 kcal na mol, přestože chyběly přímé chemické interakce. To znamená, že změny ve vodě byly jediným faktorem odpovědným za vytváření tohoto spojení. To objasňuje dlouholetý paradox stabilní, avšak termodynamicky nevhodné vnitřní vody. Co je zajímavé, průměrný počet molekul vody v prostorech zůstával stabilní (přibližně 10,5) bez ohledu na použitý model, ačkoli energetické náklady na jejich vytěsnění se významně lišily.
Možnosti aplikací v medicíně
Toto objev může najít praktické využití ve farmacii. Identifikace vysoce energetické vody v cílových proteinech umožňuje navrhování aktivních látek, které vytěsňují tuto vodu a využívají její energii pro lepší ukotvení v proteinu. V teorii by to mohlo vést ke zvýšení účinnosti léků, ačkoliv zatím zůstává v oblasti základního výzkumu. Studie poskytuje teoretické odůvodnění pro předchozí experimentální pozorování, která roky fascinovala vědce. Díky pokročilým počítačovým simulacím a přesným měřením můžeme lépe porozumět tomuto jevu.
Současně odborníci upozorňují na určitá omezení. Výzkum vlastností vody v mikroskopických prostorách se stále nachází v rané fázi. Možnost navrhovat léky s využitím těchto mechanismů zní slibně, avšak na konkrétní terapie si budeme muset ještě počkat. Nicméně chápání role vody v molekulárních procesech otevírá nové výzkumné cesty. Možná v budoucnosti povede k vývoji léčiv, která budou cíleně využívat energii uvolněnou během vytěsnění vody z vazebních míst.
