Vesi tundub meile nii iseenesestmõistetav, et mõtleme harva selle erakordsete omaduste peale. Ometi hakkab see vedelik väga väikestesse ruumidesse sattudes käituma viisil, mis üllatab isegi teadlasi. Molekulaarsel tasandil võib vesi paljastada täiesti uue külje oma olemusest.
Vesi kitsastes molekulaarsetes “lõksudes”
Kui vee molekulid jäävad kinni mikroskoopilistesse õõnsustesse, näiteks valkude struktuuridesse, muutub nende käitumine radikaalselt. Uued uuringud näitavad, et sellistes kohtades muutub vesi väga energiliseks ja suhtleb ümbritseva keskkonnaga palju aktiivsemalt. See annab teadusele võimaluse neid nähtusi täiesti uue nurga alt vaadelda.
Seda protsessi uurisid põhjalikumalt Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi ja Bremeni Constructori ülikooli teadlased. Teadlane Frank Biedermann selgitas, et sellistes kitsastes ruumides omandab vesi omadusi, mis muudavad molekulide seondumise mehhanisme. Nii tekkis võimalus täpsemalt hinnata, kui oluline on nende muutuste mõju.
Energiasalv valkude sees: vee struktuuride “vabastamine”
Energiate vabastamine vee struktuuridest
Uuringus kasutati tipptasemel arvutisimulatsioone, milles vett uuriti spetsiaalses molekulaarses õõnsuses. Selline mudel võimaldas jälgida, kuidas vesi käitub äärmiselt väikestes struktuurides, ja mõista, kuidas see mõjutab teiste molekulide seondumist. See lähenemine paljastas muljetavaldava vee rolli energiaülekannetes.
Selgus, et energia hulk, mida on vaja vee eemaldamiseks seondumiskohast, võib väga suurel määral erineda. Mida rohkem energiat on vaja vee molekuli “välja surumiseks”, seda tugevam seos tekib, kui selle koha hõivab mõni teine aine. See näitab, et vee täpne asend õõnsuses võib olla otsustava tähtsusega.
Mudelis kirjeldati eriti huvitavat juhtumit, kus kujunes välja väga tugev seos ilma otsese keemilise kontaktita. Tulemuse põhjustasid üksnes vee struktuuri muutused, mida varem peeti termodünaamiliselt ebasoodsateks. Veelgi üllatavam oli see, et vee molekulide arv õõnsuses jäi peaaegu samaks, kuigi energiavahetused olid täielikult erinevad.
Võimalused meditsiinis ja tuleviku-uuringutes
See avastus võib osutuda väga oluliseks ravimite arendamisel. Kui teadlased suudavad tuvastada eriti energiarikka vee valkude sees, saaks luua aineid, mis kasutavad seda energiat tugevamaks ja täpsemaks seondumiseks. Teoreetiliselt võiks selline strateegia muuta ravimid tõhusamaks, kuigi praegu on see veel vaid üks paljutõotav uurimissuunadest.
Uuring annab teadusliku aluse varasematele katsetele seletada vee ebatavalist käitumist valkude õõnsustes. Arvutisimulatsioonid võimaldasid üksikasjalikult hinnata nende protsesside olemust ja nende mõju molekulaarsetele koostoimetele. See avab tee uutele eksperimentidele ja sügavamale arusaamisele sellest, kuidas vesi bioloogilistes süsteemides tegelikult toimib.
Samas rõhutavad eksperdid, et see teadmine on alles algusjärgus ja selle rakendamine meditsiinis nõuab märksa rohkem uurimistööd. Sellest hoolimata võib vee roll bioloogilistes protsessides saada oluliseks osaks uute ravimeetodite väljatöötamisel. Tulevikus võidakse luua ravimeid, mis teadlikult kasutavad ära energiat, mis vabaneb vee väljatõrjumisel seondumiskohtadest.
