Água de alta energia: os investigadores revelam como a água deslocada pode potenciar a ligação molecular
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"A água não é apenas o pano de fundo da química da vida - é frequentemente o motor da ação", afirma Werner Nau, Professor de Química na Universidade de Constructor e coautor principal de um novo estudo na Angewandte Chemie International Edition. "Ao compreender como as moléculas de água se comportam dentro dos locais de ligação molecular, podemos conceber interações mais fortes e inteligentes para aplicações em domínios que vão dos medicamentos aos materiais."
No seu elemento: O professor de química da Universidade de Constructor, Dr. Werner Nau
Constructor University
A água está em todo o lado na vida, cobrindo a maior parte do nosso planeta, constituindo a maioria dos nossos corpos e formando o palco em que toda a biologia se desenrola. No entanto, nem toda a água tem o mesmo comportamento. A maior parte faz parte do vasto oceano de líquido a granel que flui livremente, mas alguma encontra-se presa em pequenos recantos, confinada dentro de bolsas moleculares, tais como locais de ligação a proteínas ou receptores sintéticos. Estas águas presas vivem sob regras invulgares, incapazes de fazer todas as suas ligações de hidrogénio favoritas. De facto, são como hóspedes amontoados num elevador sobreaquecido: ansiosos por sair se alguém abrir a porta.
Os cientistas chamam por vezes a isto "água de alta energia" - não porque brilhe ou efervesça, mas porque se encontra num estado menos confortável e mais energético do que a água normal. A deslocação desta água quando outra molécula se aproxima pode dar um "impulso" surpreendente à força da interação, quase como se a própria água estivesse a ajudar a empurrar a recém-chegada para o seu lugar.
Foi exatamente isto que Werner Nau e Frank Biedermann, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), mediram e agora mapearam. O seu estudo mostra, em pormenor quantitativo, a quantidade extra de "poder de ligação" que pode resultar da expulsão de água de alta energia. O trabalho centra-se em modelos de sistemas hóspede-hospedeiro, recipientes moleculares que imitam a forma como as bolsas biológicas se prendem às moléculas, permitindo à equipa separar as contribuições termodinâmicas precisas da deslocação da água.
Quantificar o papel de algumas moléculas de água invisíveis não é tarefa simples. Os investigadores utilizaram inicialmente calorimetria de alta precisão, que mede o calor libertado ou absorvido em eventos moleculares, mas o quadro completo só pôde ser resolvido com a modelação computacional realizada por Jeffry Setiadi e Michael Gilson na Universidade da Califórnia em San Diego. Juntos, conseguiram atribuir números ao "bónus de energia livre" que resulta da remoção de água de alta energia.
Um exemplo notável é o da molécula macrocíclica cucurbit[8]uril, um hospedeiro molecular muito estudado. Quando se liga a um hóspede, a saída das moléculas de água encapsuladas proporciona um bónus termodinâmico especialmente elevado. Os resultados da equipa apresentam dados concretos sobre um princípio há muito suspeitado mas raramente provado: quanto mais desconfortável for a água, mais ajuda quando sai.
Esta descoberta tem implicações de grande alcance. Na conceção de medicamentos, a identificação de águas de alta energia num alvo proteico pode ajudar os químicos a conceber moléculas que as expulsem, melhorando a potência e a especificidade. Na ciência dos materiais, a criação de cavidades que excluam ou ejectem essas águas pode melhorar o desempenho da deteção ou do armazenamento. Até mesmo as enzimas da natureza podem dever parte da sua eficiência à forma como organizam as moléculas de água para dentro e para fora dos seus locais activos.
"A água de alta energia tem sido parte da conversa em química supramolecular e biomolecular, mas os números eram difíceis de determinar", diz o Prof. "Os nossos resultados fornecem um mapa quantitativo que os químicos e bioquímicos podem aplicar em diferentes sistemas para antecipar a forma como a água influenciará a ligação".
O trabalho é uma colaboração germano-americana entre a Constructor University, o KIT e a UC San Diego, e foi selecionado para a capa da Angewandte Chemie - um sinal do seu grande interesse científico.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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