當(dāng)水被困在特定結(jié)構(gòu)中無法自由流動時,會發(fā)生什么?德國科學(xué)家在一項(xiàng)最新研究中首次證實(shí),這種“封閉的水”不僅會影響周圍環(huán)境,還能促進(jìn)分子之間“聯(lián)姻”。這一發(fā)現(xiàn)有望為新型藥物與材料的研發(fā)開辟全新路徑。研究成果發(fā)表于新一期《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志。
地球上的部分水存在于微小的角落與縫隙中,被蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)或人工合成的受體腔所包圍。長期以來,這類水在分子結(jié)合過程中是否保持“中性”,抑或扮演某種角色,一直是科學(xué)界爭論的焦點(diǎn)。通常,水分子之間的相互作用最為強(qiáng)烈,但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在如此狹窄的空間中,水的行為卻表現(xiàn)出異常。
德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院與不來梅雅各布大學(xué)科學(xué)家開展的最新研究,為這一現(xiàn)象提供了理論依據(jù),并證明分子腔中的水具有能量活性。他們將這種狀態(tài)稱為高能水,這并非指水會發(fā)光或冒泡,而是指其能量狀態(tài)高于普通水。研究團(tuán)隊(duì)形象地比喻,高能水就像電梯里擁擠的人,一旦門打開,便會迅速涌出。同樣,若有新分子進(jìn)入腔體并占據(jù)位置,高能水也會被強(qiáng)力排出,從而促進(jìn)新分子與腔體之間的結(jié)合。
研究選用葫蘆脲作為“宿主”分子,由于其結(jié)構(gòu)高度對稱,比蛋白質(zhì)等復(fù)雜體系更易于分析。計(jì)算機(jī)模擬顯示,高能水分子在物理上是成立的,并且是分子結(jié)合過程中的關(guān)鍵驅(qū)動力。且水的能量越高,就越有利于客體分子與宿主結(jié)合。
這一發(fā)現(xiàn)對醫(yī)學(xué)與材料科學(xué)具有深遠(yuǎn)意義。在藥物設(shè)計(jì)領(lǐng)域,識別出靶蛋白中的高能水,有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)活性分子,使其能夠置換這些水并利用其結(jié)合力,更牢固地錨定于蛋白質(zhì)上,從而提升藥效。在材料科學(xué)領(lǐng)域,可設(shè)計(jì)能排出或置換高能水的腔體,有望增強(qiáng)材料的傳感與存儲性能。
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