Молекулы воды проникают в самые узкие пространства и крохотные трещины, например, в центры связывания белков или в синтетические рецепторы. Вопрос о том, ведет ли эта вода себя нейтрально в присутствии других молекул или же влияет на процесс связывания, до сих пор остается спорным.

«Обычно молекулы воды сильнее всего взаимодействуют друг с другом. Однако экспериментальные данные показывают, что в таких узких полостях вода ведет себя необычно», — сказал доктор Франк Бидерманн из Технологического института в Карлсруэ. — Теперь мы можем подвести теоретическую базу под эти наблюдения и доказать, что вода в молекулярных полостях энергетически активирована».

В таком высокоэнергетическом состоянии вода ведет себя как люди в переполненном лифте: как только дверь открывается, они вываливаются наружу. Так и высокоэнергетическая вода прокладывает себе путь наружу, из полости, если туда проникает другая молекула. Энергия воды способствует связи новой молекулы с молекулярной полостью, пишет EurekAlert.

В качестве молекулы-хозяина исследователи взяли вещество кукурбитурил. Оно способно принимать «гостевые» молекулы, а благодаря высокой степени симметрии анализировать его значительно проще, чем сложные системы, такие как белки. Компьютерные модели, учитывающие различные гостевые молекулы, позволили ученым рассчитать, насколько большую силу связывания обеспечивает высокоэнергетическая вода.

Они обнаружили, что чем более энергетически активна вода, тем эффективнее она способствует связи гостевой молекулы с хозяином при вытеснении.

«Полученные данные ясно показывают, что концепция высокоэнергетических молекул воды имеет физическую основу, и что именно эти молекулы воды являются центральной движущей силой в процессе образования молекулярных связей. Даже естественные антитела, например, против SARS-CoV-2, могут быть частично обязаны своей эффективностью тому, как они транспортируют молекулы воды в полости соединения и из них», — сказал Бидерманн.

Открытие немецких химиков может оказать значительное влияние на медицину и материаловедение.

В области разработки лекарственных препаратов идентификация высокоэнергетической воды в целевых белках открывает возможность систематического проектирования активных веществ таким образом, чтобы они вытесняли эту воду, использовали ее связывающую силу и, таким образом, глубже закреплялись в белке, что повысит эффективность препарата. В материаловедении создание полостей, вытесняющих воду, может улучшить сенсорные и запоминающие свойства материала.

В Германии создано новое поколение микророботов, способных объединяться в автономные коллективы под водой. Устройства размером всего около миллиметра умеют перемещаться с помощью миниатюрных пузырьковых двигателей, обмениваться световыми сигналами и координировать действия.