Molekuly vody mají fascinující vlastnosti. Medicína má nového pomocníka
Foto: INT, KIT/Tiskový zdroj EurekAlert„Obyčejná“ voda, která je úplně všude má obrovský potenciál. Když si vezmeme, že pokrývá většinu plochy Zeměkoule, cirkuluje v lidském těle a nachází se i v těch nejmenších molekulárních štěrbinách, a přesto ji nikdo nevěnoval pozornost. Tedy až doteď. Vědci z Technologického institutu v Karlsruhe (KIT) a Univerzity Constructor v Brémách totiž vyřešili dlouhodobý problém se kterým se potýkali na úrovni supramolekulární a biomolekulární chemie.
Co se stane, když voda nemůže volně proudit, ale je uzavřená ve strukturách? Leží jen tak ladem? To rozhodně ne. Vědci poprvé prokázali, že uzavřená voda může ovlivňovat své okolí a podporovat vazby mezi molekulami. Tento objev by mohl otevřít cesty pro nová léčiva a nové materiály.
Na Zemi se část vody nachází v malých zákoutích a skulinách. Je uzavřená v molekulárních dutinách, jako jsou vazebná místa pro proteiny, nebo syntetické receptory. Dosud vědci vedli kontroverzní otázky, zda se tato voda v přítomnosti jiných molekul chová neutrálně, nebo zda má vliv na proces vazby. Molekuly vody totiž nejsilněji obvykle interagují mezi sebou. Díky novým experimentům vědci ukazují, že voda se v tak úzkých dutinách chová neobvykle. Dokázali, že voda v molekulárních dutinách je energeticky aktivní.
Vědci tento stav nazývají „vysoce energetický“. Ne proto, že by voda zářila nebo bublala, ale proto, že je ve vyšším energetickém stavu než běžná voda. Faktem je, že vysoce energetická voda se chová jako lidé v přeplněném výtahu: Jakmile se dveře otevřou, vytlačí se ven. Analogicky se vysoce energetická voda vytlačí z dutiny, pokud do ní vstoupí jiná molekula a „nováčka“ vytlačí na volné místo. Energie vody tak podporuje vazbu mezi novou molekulou a molekulární dutinou.
Důkazy umí předpovědět vazebnou sílu
Vědci použili jako „hostitelskou“ molekulu cucurbit[8]uril, která je schopná přijímat další molekuly nazývané jako „hostující“ molekuly a díky vysokému stupni symetrie ji lze analyzovat podstatně snadněji než složité systémy, jako jsou proteiny.
V závislosti na hostující molekule umožnily počítačové modely vypočítat, o kolik větší vazebnou sílu poskytuje vysoce energetická voda. Vědci zjistili, že čím energeticky intenzivnější je voda, tím lépe podporuje vazbu mezi hostující molekulou a hostitelem, když je vytěsněna.
Získaná data jasně ukazují, že koncept vysoce energetických molekul vody má fyzikální základ a že právě tyto molekuly vody jsou ústřední hnací silou při tvorbě molekulárních vazeb. Dokonce i přirozené protilátky, například proti SARS-CoV-2, by mohly vděčit za svou účinnost částečně způsobu, jakým transportují molekuly vody do a ze svých vazebných dutin.
Použitelné pro léky nebo nové materiály
Biedermannovy a Nauovy objevy by mohly mít významný vliv na medicínu a materiálové vědy. Pro návrh léčiv otevírá identifikace vysoce energetické vody v cílových proteinech možnost systematicky navrhovat aktivní látky tak, aby tuto vodu vytlačovaly, využívaly její vazebnou sílu a tím se hlouběji ukotvily v proteinu, což zlepší účinnost léčiva. V materiálové vědě by tvorba dutin, které takovou vodu vytlačují nebo vytěsňují, mohla zlepšit senzorické nebo paměťové vlastnosti materiálu.
Autoři: Dr. Frank Biedermann z Institutu nanotechnologií KIT; profesor Werner Nau z Constructor University v Brémách
Zdroje: https://www.eurekalert.org/news-releases/1105308; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505713
