Nueva visión de la ciencia que parece en su superficie, extremadamente simple, lo que sucede cuando se agrega sal al agua, podría finalmente conducir a una mejor comprensión de los procesos bioquímicos en las células y tal vez promover fuentes de energía limpia.

Un artículo publicado en el Revista de letras de química física sobre ese tema a principios de 2017 ha generado un interés considerable, según los editores de la revista.

"Una de las preguntas que ha desconcertado a los investigadores durante décadas es hasta qué punto los iones afectan la estructura del agua salina, el mismo tipo de soluciones que están presentes en nuestros cuerpos, "dijo Giulia Galli, profesor de la familia Liew en ingeniería molecular en la Universidad de Chicago. Una opinión popular es que los iones tienen un efecto local en la estructura del agua, haciendo que los enlaces de hidrógeno se formen o se rompan solo cerca del ion. Pero parece que no siempre es así.

"La razón por la que este problema seguía abierto es que los experimentos no proporcionan información detallada directa sobre la estructura del líquido a nivel molecular, ", Dijo Alex Gaiduk." En cambio, proporcionan información promediada procedente de todo el sistema molecular, que a menudo es difícil de interpretar ".

Mientras tanto, Las simulaciones moleculares proporcionan información de primera mano sobre la estructura molecular del líquido y pueden arrojar luz sobre la influencia de los iones en la estructura del agua. Decidido a responder estas preguntas, Gaiduk y Galli se dirigieron al Centro de Computación de Liderazgo de Argonne (ALCF), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE capaz de realizar simulaciones que requieren capacidades computacionales masivas, de 10 a 100 veces más potentes que las de los sistemas que se utilizan normalmente para la investigación científica.

Gaiduk y Galli utilizaron el ALCF para simular el cloruro de sodio en agua, y recopiló una gran cantidad de datos. Analizaron los resultados y descubrieron que el ion sodio de hecho solo tiene un efecto local en la estructura del agua, mientras que el ion cloro tiene un efecto de mayor alcance, modificando la estructura del agua al menos hasta un nanómetro del ion. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro).

"Hemos proporcionado información importante sobre la estructura del agua en presencia de sales disueltas, es decir, que algunos iones, incluyendo cloruro, tienen un efecto de largo alcance mientras que otros, como el sodio, no, ", Dijo Gaiduk." Utilizamos métodos de simulación no empíricos y una elección bastante sofisticada de firmas moleculares de la estructura del agua ".

La investigación proporciona una nueva comprensión fundamental del cloruro de sodio en el agua. Este es uno de los sistemas acuosos utilizados en las células fotoelectroquímicas. Estas células se utilizan para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, una tecnología que tiene potencial a largo plazo como fuente de energía limpia. Se requerirá investigación adicional para determinar cómo se podría utilizar esta nueva comprensión para mejorar la tecnología, Dijo Galli.

Su hallazgo también podría resultar valioso para la bioquímica en varios frentes.

"Procesos como el plegamiento de proteínas, La cristalización y la solubilidad son el núcleo de todos los procesos biológicos y bioquímicos que esencialmente definen la vida. "dijo Gaiduk, agregando que este hallazgo puede contribuir a explicar la solubilidad de las proteínas. "Los científicos ahora quizás puedan desarrollar nuevos modelos computacionales para describir los procesos bioquímicos en las células, y esto podría conducir al desarrollo de nuevos fármacos ".

Sin embargo, los autores concluyeron que las sutiles modificaciones de la estructura del agua por los iones, incluso el cloro, probablemente son insuficientes para explicar la diferente solubilidad de las biomoléculas en agua pura y salada. Claramente, los investigadores tienen más trabajo por hacer antes de poder comprender y modelar completamente las interacciones de los iones con los grupos funcionales de proteínas. Sin embargo, Esta técnica para analizar la red de enlaces de hidrógeno del agua es un primer paso para ayudar a los científicos a comprender cómo cambia la estructura del agua con la adición de sal.

Utilizando los resultados obtenidos por Gaiduk y Galli, otro grupo de investigación ha desarrollado un nuevo modelo que describe correctamente el efecto de los iones en la estructura del agua. Sus hallazgos se detallan en el 31 de agosto de 2017 edición de la Revista de química física B .