Учёные измерили, как «высокоэнергетическая вода» усиливает молекулярные связи

«Изодесмические» реакции демонстрируют вклад термодинамики воды в связывание. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202505713

Учёные из Технологического института Карлсруэ впервые количественно измерили, как «высокоэнергетическая вода» — молекулы воды, находящиеся в стеснённых условиях молекулярных карманов — усиливает связывание при своём замещении. Это открытие может найти применение в фармакологии и материаловедении.

В отличие от обычной воды, «высокоэнергетическая» вода находится в молекулярных полостях, таких как сайты связывания белков, где она не может образовать все желаемые водородные связи. Это делает её «некомфортной» и стремящейся покинуть своё местоположение.

«Вода — это не просто фон для химии жизни; часто она движет действием», — говорит профессор химии Вернер Нау, соавтор исследования, опубликованного в Angewandte Chemie International Edition.

Термодинамический цикл, использованный для вычисления свободной энергии вытеснения воды. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202505713

Исследователи использовали высокоточную калориметрию и вычислительное моделирование, чтобы измерить «бонус свободной энергии», возникающий при удалении такой воды. Например, при связывании макроциклической молекулы кукурбит[8]урила с гостем уход «некомфортной» воды даёт значительный термодинамический выигрыш.

Это открытие позволяет целенаправленно проектировать молекулы для лекарств, которые будут вытеснять высокоэнергетическую воду из белков-мишеней, повышая эффективность и специфичность действия. Принцип также применим для создания улучшенных сенсоров и систем хранения.