YÜKSEK ENERJİLİ SU: ARAŞTIRMACILAR, YERİNDEN OYNATILAN SUYUN MOLEKÜLER BAĞLANMAYI NASIL HIZLANDIRABİLECEĞİNİ ORTAYA KOYUYOR
Su, yaşamın her yerindedir; gezegenimizin büyük bir kısmını kaplar, vücudumuzun büyük bir kısmını oluşturur ve tüm biyolojinin gerçekleştiği sahneyi oluşturur. Ancak tüm sular aynı şekilde davranmaz. Çoğu, uçsuz bucaksız, serbestçe akan sıvı okyanusunun bir parçasıdır, ancak bir kısmı kendini protein bağlanma bölgeleri veya sentetik reseptörler gibi moleküler ceplerin içinde hapsolmuş, küçük kuytu köşelerde sıkışmış halde bulur. Bu hapsolmuş sular, alışılmadık kurallar altında yaşar ve en sevdikleri hidrojen bağı bağlantılarını kuramazlar. Aslında, aşırı ısınmış bir asansöre sıkışmış misafirler gibidirler: biri kapıyı açarsa çıkmak için can atarlar.
Bilim insanları buna bazen "yüksek enerjili su" diyorlar; parıldadığı veya köpürdüğü için değil, sıradan sudan daha az konforlu ve daha enerjik bir durumda olduğu için. Başka bir molekülün hareket etmesiyle bu tür bir suyun yerini değiştirmek, etkileşimin gücüne şaşırtıcı bir "artış" sağlayabilir; sanki suyun kendisi yeni gelen molekülü yerine itmeye yardımcı oluyormuş gibi.
Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nden (KIT) Werner Nau ve Frank Biedermann'ın ilk kez ölçüp haritaladığı şey tam olarak budur. Çalışmaları, yüksek enerjili suyun tahliyesinden ne kadar fazla "bağlanma gücü" elde edilebileceğini nicel ayrıntılarla gösteriyor. Çalışma, biyolojik ceplerin molekülleri tutma şeklini taklit eden moleküler kaplar olan model konak-misafir sistemlerine odaklanıyor ve ekibin su yer değiştirmesinin kesin termodinamik katkılarını incelemesine olanak tanıyor.
Birkaç görünmez su molekülünün rolünü ölçmek kolay bir iş değil. Araştırmacılar başlangıçta, moleküler olaylarda açığa çıkan veya emilen ısıyı ölçen yüksek hassasiyetli kalorimetri kullandılar, ancak tam resmi ancak Kaliforniya Üniversitesi San Diego'dan Jeffry Setiadi ve Michael Gilson tarafından gerçekleştirilen hesaplamalı modellemeyle ortaya çıkarabildiler. Birlikte, yüksek enerjili suyun uzaklaştırılmasıyla elde edilen "serbest enerji bonusuna" sayılar atayabildiler.
Çarpıcı bir örnek, yaygın olarak incelenen bir moleküler konak olan makrosiklik molekül kabakgillerden[8] uril'den geldi. Bir konuğa bağlandığında, kapsüllenmiş su moleküllerinin ayrılması özellikle büyük bir termodinamik getiri sağlar. Ekibin sonuçları, uzun zamandır şüphelenilen ancak nadiren kanıtlanan bir ilkenin arkasında somut veriler sunuyor: Su ne kadar rahatsız ediciyse, ayrıldığında o kadar faydalıdır.
Bu bakış açısının geniş kapsamlı etkileri var. İlaç tasarımında, bir protein hedefindeki yüksek enerjili suların belirlenmesi, kimyagerlerin bunları dışarı iten, etki ve özgüllüğü artıran moleküller tasarlamalarına yardımcı olabilir. Malzeme biliminde, bu tür suları dışarıda bırakan veya dışarı atan boşluklar oluşturmak, algılama veya depolama performansını artırabilir. Doğanın enzimleri bile verimliliklerinin bir kısmını, su moleküllerini aktif bölgelerine nasıl sokup çıkardıklarına borçlu olabilir.
Prof. Biedermann, "Yüksek enerjili su, supramoleküler ve biyomoleküler kimyada tartışmaların bir parçasıydı, ancak sayıları belirlemek zordu," diyor. "Sonuçlarımız, kimyagerlerin ve biyokimyacıların suyun bağlanmayı nasıl etkileyeceğini tahmin etmek için farklı sistemlere uygulayabilecekleri nicel bir harita sunuyor."
Çalışma, Constructor Üniversitesi, KIT ve UC San Diego arasındaki bir Alman-Amerikan işbirliğinin ürünü olup, Angewandte Chemie'nin Ön Kapağı için seçilmiştir; bu, derginin geniş bilimsel ilgisinin bir göstergesidir.
