科技日報記者 劉霞
當水被困在特定結構中無法自由流動時，會發生什么？德國科學家在一項最新研究中首次證實，這種“封閉的水”不僅會影響周圍環境，還能促進分子之間“聯姻”。這一發現有望為新型藥物與材料的研發開辟全新路徑。研究成果發表于新一期《德國應用化學》雜志。
地球上的部分水存在于微小的角落與縫隙中，被蛋白質結合位點或人工合成的受體腔所包圍。長期以來，這類水在分子結合過程中是否保持“中性”，抑或扮演某種角色，一直是科學界爭論的焦點。通常，水分子之間的相互作用最為強烈，但實驗數據顯示，在如此狹窄的空間中，水的行為卻表現出異常。
德國卡爾斯魯厄理工學院與不來梅雅各布大學科學家開展的最新研究，為這一現象提供了理論依據，并證明分子腔中的水具有能量活性。他們將這種狀態稱為高能水，這并非指水會發光或冒泡，而是指其能量狀態高于普通水。研究團隊形象地比喻，高能水就像電梯里擁擠的人，一旦門打開，便會迅速涌出。同樣，若有新分子進入腔體并占據位置，高能水也會被強力排出，從而促進新分子與腔體之間的結合。
研究選用葫蘆脲作為“宿主”分子，由于其結構高度對稱，比蛋白質等復雜體系更易于分析。計算機模擬顯示，高能水分子在物理上是成立的，并且是分子結合過程中的關鍵驅動力。且水的能量越高，就越有利于客體分子與宿主結合。
這一發現對醫學與材料科學具有深遠意義。在藥物設計領域，識別出靶蛋白中的高能水，有助于系統設計活性分子，使其能夠置換這些水并利用其結合力，更牢固地錨定于蛋白質上，從而提升藥效。在材料科學領域，可設計能排出或置換高能水的腔體，有望增強材料的傳感與存儲性能。
