Οι ερευνητές ανακαλύπτουν πώς ένα σύμπλεγμα μορίων νερού προσαρμόζεται στην παρουσία ένα επιπλέον πρωτόνιο

Το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή και οι μοναδικές του ιδιότητες οφείλονται εν μέρει στον τρόπο με τον οποίο τα μόρια του αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Μία από τις σημαντικότερες ιδιότητες του νερού είναι η ικανότητά του να σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι αδύναμοι δεσμοί που σχηματίζουν μεταξύ του ατόμου υδρογόνου ενός μορίου νερού και του ατόμου οξυγόνου ενός άλλου μορίου νερού. Αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου επιτρέπουν στα μόρια του νερού να συσσωματώνται σε συστάδες, τα οποία μπορούν να κυμαίνονται σε μέγεθος από μερικά μόρια σε χιλιάδες μόρια.

Η συμπεριφορά των συστάδων νερού είναι σημαντική για διάφορους λόγους, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου τους στην ατμοσφαιρική χημεία, στην αναδίπλωση πρωτεϊνών και στο σχεδιασμό φαρμάκων. Οι ερευνητές εργάζονται για να κατανοήσουν πώς αλληλεπιδρούν οι συστάδες νερού με διαφορετικά μόρια και επιφάνειες και πώς αυτές οι αλληλεπιδράσεις επηρεάζουν τις ιδιότητες του νερού.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, ανακάλυψαν πώς ένα σύμπλεγμα μορίων νερού προσαρμόζεται στην παρουσία ενός επιπλέον πρωτονίου. Όταν ένα πρωτόνιο προστίθεται σε ένα σύμπλεγμα νερού, το σύμπλεγμα υφίσταται μια σειρά διαρθρωτικών αλλαγών που του επιτρέπουν να φιλοξενήσει την πρόσθετη φόρτιση. Αυτές οι αλλαγές περιλαμβάνουν τον σχηματισμό νέων δεσμών υδρογόνου, το σπάσιμο των παλαιών δεσμών υδρογόνου και την αναδιάταξη των μορίων νερού εντός του συμπλέγματος.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η προσαρμοστική συμπεριφορά των συστάδων νερού θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις σε ποικίλες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της χημείας της ατμόσφαιρας και της λειτουργίας των πρωτεϊνών. Η μελέτη παρέχει νέες γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά του νερού σε μοριακό επίπεδο και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τρόπους για τον έλεγχο των ιδιοτήτων του νερού για μια ποικιλία εφαρμογών.

Εδώ είναι μια πιο λεπτομερής εξήγηση της μελέτης:

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών και υπολογιστικών μεθόδων για να μελετήσουν τη συμπεριφορά των συστάδων νερού. Ξεκίνησαν δημιουργώντας ένα σύμπλεγμα μορίων νερού σε ένα θάλαμο κενού. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ για να προσθέσουν ένα πρωτόνιο στο σύμπλεγμα.

Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η προσθήκη του πρωτονίου προκάλεσε το σύμπλεγμα νερού να υποβληθεί σε μια σειρά διαρθρωτικών αλλαγών. Αυτές οι αλλαγές περιελάμβαναν τον σχηματισμό νέων δεσμών υδρογόνου, το σπάσιμο των παλαιών δεσμών υδρογόνου και την αναδιάταξη των μορίων νερού εντός του συμπλέγματος.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης υπολογιστικές μεθόδους για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του συστάδων νερού. Αυτές οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν ότι οι δομικές αλλαγές που παρατηρήθηκαν στα πειράματα οφείλονταν στην προσθήκη του πρωτονίου.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η προσαρμοστική συμπεριφορά των συστάδων νερού θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις σε ποικίλες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της χημείας της ατμόσφαιρας και της λειτουργίας των πρωτεϊνών. Η μελέτη παρέχει νέες γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά του νερού σε μοριακό επίπεδο και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τρόπους για τον έλεγχο των ιδιοτήτων του νερού για μια ποικιλία εφαρμογών.