Cómo el agua ayuda al sustrato en la enzima
Cuando el agua está presente en cantidades minúsculas desarrolla propiedades especiales
Un equipo internacional de investigación ha investigado las moléculas de agua en una jaula diminuta - y ha descubierto propiedades previamente desconocidas.
Cuando el agua está presente en pequeñas cantidades - mucho menos que en esta gota - desarrolla propiedades especiales.
© RUB, Marquard
Investigadores de Bochum y Berkeley han investigado por qué las jaulas pueden aumentar la actividad catalítica de las moléculas encerradas. Utilizando espectroscopia de terahercios y complejas simulaciones por ordenador, demostraron que el agua encapsulada en una jaula diminuta tiene propiedades especiales - que son estructural y dinámicamente distintas de cualquier fase conocida del agua. El agua forma una gota dentro de la jaula que facilita el encapsulamiento de una molécula huésped, es decir, para acceder al centro catalítico. El equipo de investigación describe las propiedades termodinámicas de esta forma especial de agua, que nunca antes se habían observado, en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publicada en línea el 14 de diciembre de 2020.
El equipo dirigido por la Profesora Martina Havenith, Jefa de la Cátedra de Química Física II de la Ruhr-Universität Bochum y Portavoz del Grupo de Excelencia Ruhr Explora la Solvencia, Resolv para abreviar, cooperó durante el trabajo con la Profesora Teresa Head-Gordon, el Profesor Ken Raymond y el Profesor Dean Toste de la Universidad de California en Berkeley.
El agua en la jaula no es ni sólida ni líquida normal
Algunas construcciones moleculares tienen una cavidad interna llena de agua, que puede ser catalíticamente activa, es decir, puede facilitar la reacción de ciertas moléculas. Los científicos replicaron estas condiciones en sus experimentos usando nanocápsulas. Investigaron las moléculas de agua encapsuladas y sus propiedades.
Una teoría reciente sugiere que, en estas circunstancias, el agua formaría cúmulos parecidos al hielo. El equipo refutó esta teoría en el trabajo actual. El espectro de terahercios - una especie de huella química - del agua confinada se veía diferente de los espectros de cualquier fase de agua previamente conocida. No se parecía ni al espectro del hielo ni al del agua a granel a alta presión.
El agua en el interior quiere salir de la jaula
En su lugar, se formó una gota de nueve moléculas de agua conectadas internamente por enlaces de hidrógeno, mientras que la red de enlaces de hidrógeno se interrumpió en la superficie de la gota. "Los movimientos de las moléculas de agua dentro de la jaula están más limitados", explica Martina Havenith. "No puede ser feliz con este estado." Como resultado, el vaciado de la cavidad se alivia con respecto a la masa de agua normal, facilitando la entrada de un huésped en la cavidad.
El equipo de Ken Raymond y Dean Toste sintetizó la nanocaja para el presente estudio. El grupo dirigido por Martina Havenith analizó entonces la red de enlace de hidrógeno del agua confinada utilizando la espectroscopia de terahercios. Teresa Head-Gordon simuló el experimento usando simulaciones por ordenador llamadas simulaciones de dinámica molecular ab initio.
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