Los químicos de la Ruhr-Universität Bochum han desarrollado un nuevo método que les permite mapear cambios en la dinámica y 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 de las moléculas de alcohol disueltas. En el futuro, también quieren utilizar el método para el mapeo del agua en torno a sistemas más complejos, como las enzimas, que puede ser importante para el diseño de fármacos.

Los resultados fueron publicados por la profesora Dra. Martina Havenith, presidenta de Química Física II y portavoz del clúster 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 midiendo los cambios en las variables de estado termodinámico. p.ej. tras el plegamiento o asociación de proteínas, con el fin de derivar la transferencia de calor asociada con estos cambios. La calorimetría determina, entalpía y 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. A diferencia de, procesos espectroscópicos, que se basan en pulsos láser cortos, son capaces de realizar mediciones en la escala de tiempo de una millonésima o mil millonésima de segundo. Los químicos de Bochum 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 la subvención avanzada del Consejo Europeo de Investigación, "explica Martina Havenith.

Determinación de la estructura de las envolturas acuosas.

Un caparazón de moléculas de agua circundantes, la cáscara 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 estructura de 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 estructurada de manera diferente mediante calorimetría de terahercios. La exposición a pulsos de terahercios proporciona huellas dactilares de las vibraciones dentro de la red de agua. Esta, Sucesivamente, permite a los investigadores deducir cantidades fundamentales como la entropía y la entalpía.

"El método nos permite por primera vez mapear espectroscópicamente la entropía y la entalpía alrededor de los solutos, que son parámetros cruciales para caracterizar el reconocimiento molecular, "resume Havenith.