Envolviendo la hidratación hidrofóbica

Estudiado en detalle, la incrustación de moléculas hidrofóbicas en el agua se ve bastante diferente de lo que se suponía anteriormente.

01.07.2020 - Alemania

En el agua, las moléculas hidrofóbicas están rodeadas por dos poblaciones de agua diferentes: la cáscara interna forma una red bidimensional de moléculas de agua. La siguiente capa está formada por una segunda población de agua que es casi como la masa, pero que forma enlaces de hidrógeno ligeramente más fuertes con la masa de agua. La suposición hasta la fecha era que el agua tetraédrica, "parecida al hielo", dominaba en la capa interior de hidratación de las moléculas hidrofóbicas. El caso es el contrario.

Estos nuevos hallazgos fueron publicados por el equipo encabezado por la Profesora Martina Havenith, Catedrática de Química Física II y Portavoz del Grupo de Excelencia de Exploración del Ruhr en la Ruhr-Universität Bochum (RUB) en The Journal of Physical Chemistry Letters el 18 de junio de 2020.

Perspectivas mediante espectroscopia de THz y simulaciones

En su estudio, los investigadores investigaron la red de enlaces de hidrógeno alrededor del alcohol disuelto hidrofóbico tert-butanol, ya que los investigadores utilizan los alcoholes como modelos prototipo para las moléculas hidrofóbicas. El equipo combinó los resultados de la espectroscopia de terahercios (THz) y las simulaciones.

En la espectroscopia de THz, los investigadores miden la absorción de la radiación THz en una muestra. El espectro de absorción proporciona una huella digital de la red de agua.

Una fina capa

En su estudio obtuvieron una imagen detallada de las capas de agua que rodean la molécula. "Nos referimos a la capa más interna como 'HB-wrap', donde HB significa enlace de hidrógeno con el agua", explica Martina Havenith. La capa superior se llama 'HB-hydration2bulk', ya que describe la interfaz con el agua a granel. Combinadas, ambas capas de la capa no son a veces más gruesas que una sola capa de moléculas de agua. "Ocasionalmente, una sola molécula de agua puede formar parte de ambas capas", dice Havenith.

La capa interna es más estable

Cuando la temperatura aumenta, la capa exterior se derrite primero, la capa de envoltura HP permanece más tiempo intacta. "La capa interior también tiene menos libertad para formar configuraciones distintas debido a la hidrofobia del soluto", elabora el investigador. "Como las moléculas de agua individuales siempre deben alejarse del alcohol, forman una red bidimensional y suelta". Las moléculas de agua de la capa exterior tienen más libertad de movimiento y, por lo tanto, también más posibilidades de conectarse con otras moléculas de agua; los investigadores se refieren a este fenómeno como mayor entropía.

Este tipo de interacción es pertinente para los procesos de plegamiento de las proteínas, así como para el reconocimiento biomolecular entre un fármaco y su molécula objetivo. La comprensión del papel del agua juega un papel crucial en el proceso.

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Publicación original

Valeria Conti Nibali, Simone Pezzotti, Federico Sebastiani, Daria Ruth Galimberti, Gerhard Schwaab, Matthias Heyden, Marie-Pierre Gaigeot, Martina Havenith; "Wrapping up hydrophobic hydration: locality matters"; Physical Chemistry Letters; 2020

https://www.quimica.es/noticias/1166968/envolviendo-la-hidratacion-hidrofobica.html