Los químicos de la Ruhr-Universität Bochum han desarrollado un nuevo método que les permite mapear los cambios en la dinámica y la estructura de las moléculas de agua en la vecindad de los solutos. Con esta técnica, llamada calorimetría de terahercios, investigaron las propiedades de la capa de hidratación demoléculas de alcohol disuelto. En el futuro, también quieren usar el método para mapear el agua alrededor de sistemas más complejos como las enzimas, que pueden ser importantes para el diseño de medicamentos.
Los resultados fueron publicados por la Dra. Martina Havenith, presidenta de Química Física II y portavoz del grupo de excelencia Resolv, con el Dr. Fabian Böhm y el Dr. Gerhard Schwaab en la revista Angewandte Chemie .
El método ahora se puede aplicar en tiempo real
Los procesos biológicos fundamentales como la catálisis enzimática o la unión molecular se producen en fase acuosa. La calorimetría sirve como una poderosa herramienta biofísica para estudiar el reconocimiento molecular y la estabilidad de los sistemas biomoleculares al medir los cambios en las variables de estado termodinámico, por ejemplo, al plegar o asociar proteínas, paracon el propósito de derivar la transferencia de calor asociada con estos cambios. La calorimetría determina la entalpía y la entropía, que son medidas de la transferencia de calor y el desorden en el sistema.
La calorimetría está restringida a escalas de tiempo de 1 a 100 segundos. En contraste, los procesos espectroscópicos, que se basan en pulsos láser cortos, pueden realizar mediciones en la escala de tiempo de una millonésima o una milmillonésima de segundo.los químicos demostraron que ambos enfoques son complementarios.
"Al establecer un calorímetro de terahercios en un experimento de prueba de concepto, hemos logrado el primer objetivo en el que habíamos estado trabajando utilizando los fondos de Subvención Avanzada del Consejo Europeo de Investigación", explica Martina Havenith. En 2016, recibió el premiosubvención dotada con 2,5 millones de euros.
Determinación de la estructura de los sobres acuosos
Una capa de moléculas de agua circundantes, la capa de hidratación, se forma alrededor de cualquier molécula disuelta. El soluto afecta la red regular de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, haciendo que el agua en la capa de hidratación se comporte de manera diferente al agua libre. La estructurade la capa de hidratación depende de la forma y la composición química de la molécula disuelta.
El equipo de Havenith investigó la capa de hidratación de cinco cadenas de alcohol diferentes y pudo clasificar el agua de hidratación de estructura diferente por calorimetría de terahercios. La exposición a pulsos de terahercios proporciona huellas digitales de las vibraciones dentro de la red de agua. Esto, a su vez, permite a los investigadores deducircantidades fundamentales como entropía y entalpía.
"El método nos permite por primera vez mapear espectroscópicamente la entropía y la entalpía alrededor de solutos, que son parámetros cruciales para caracterizar el reconocimiento molecular", resume Havenith.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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