A água está em quase todo lugar. Cobre grande parte do nosso planeta, passa pelo corpo humano e entra até nas mais pequenas bolsas moleculares. Mas o que acontece quando a água não consegue circular livremente e fica presa nesses espaços apertados? Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) e da Universidade de Arquitetura de Bremen demonstraram pela primeira vez que a água fechada pode influenciar positivamente o seu entorno e promover a ligação mais forte das moléculas. Suas descobertas oferecem novas oportunidades para o desenvolvimento de medicamentos e materiais avançados. O estudo foi publicado na Edição Internacional química aplicada Revista.
Parte da água da Terra existe em espaços extremamente pequenos, incluindo locais de ligação a proteínas ou cavidades moleculares encontradas em receptores sintéticos. Os cientistas debatem há muito tempo se a água nestas áreas confinadas actua simplesmente como um espectador passivo ou afecta as interacções moleculares. “Normalmente, as moléculas de água interagem mais fortemente umas com as outras. No entanto, os dados obtidos experimentalmente mostram que a água se comporta de maneira incomum em uma cavidade tão estreita, “diz o Dr. Frank Biedermann do Instituto de Nanotecnologia do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. “Podemos agora fornecer uma base teórica para estas observações e demonstrar que a água na cavidade molecular é activada energeticamente.”
Por que a água de “alta energia” é importante
A equipe descreve esse estado incomum como “altamente ativo”. Isso não significa que a água presa irá brilhar ou chiar. Pelo contrário, contém mais energia do que a água comum. Uma analogia simples é a das pessoas que se espremem num elevador lotado: assim que a porta se abre, elas correm para escapar. Da mesma forma, quando outra molécula chega, a água energética sai correndo da cavidade, proporcionando um local aberto para a molécula que entra. Esta liberação de água ajuda a fortalecer o vínculo entre o recém-chegado e a cavidade molecular.
Preveja a força de uma ligação molecular
Para explorar esse efeito, os pesquisadores usaram a cucurbit(8)ureia como modelo de molécula “hospedeira”. Esta estrutura pode acomodar moléculas “convidadas” e, devido ao seu alto grau de simetria, é mais fácil de estudar do que proteínas complexas. “Os modelos computacionais nos permitem calcular quão grande é a força de ligação gerada pela água energética com base nas moléculas hóspedes”, explica o professor Werner Nau, da Universidade de Arquitetura de Bremen. “Descobrimos que quanto mais reativa a água, mais favorável ela é para a ligação entre a molécula convidada e o hospedeiro quando a molécula convidada é deslocada.”
Biedermann continuou: “Os dados obtidos demonstram claramente que o conceito de moléculas de água de alta energia está fisicamente estabelecido e que estas moléculas de água são a força motriz central na formação de ligações moleculares. Mesmo os anticorpos naturais, como os contra o SARS-CoV-2, podem ser parcialmente atribuídos à sua eficácia no transporte de moléculas de água para dentro e para fora das suas cavidades de ligação.”
Aplicações potenciais em medicina e ciência dos materiais
Estas descobertas podem ter implicações importantes para o desenvolvimento de medicamentos e materiais avançados. Na concepção de medicamentos, a identificação de água de alta energia dentro de uma proteína alvo pode ajudar os químicos a criar moléculas que expelem intencionalmente esta água, aproveitam a sua contribuição energética e ancoram-se mais firmemente à proteína, melhorando, em última análise, a eficácia do medicamento. Na pesquisa de materiais, a criação de cavidades que drenem ou desloquem essa água poderia levar a melhores sensores ou materiais com melhores capacidades de armazenamento.
Para chegar à conclusão, a equipe combinou calorimetria de alta precisão, uma técnica usada para medir mudanças de calor durante interações moleculares, com modelos de computador desenvolvidos por Jeffry Setiadi, Ph.D., e Michael K. Gilson, Ph.D., professor da Universidade da Califórnia, San Diego.
