Químicos da Ruhr-Universität Bochum desenvolveram um novo método que lhes permite mapear mudanças na dinâmica e na estrutura das moléculas de água na vizinhança dos solutos. Com esta técnica, chamada calorimetria terahertz, eles investigaram as propriedades da camada de hidratação das moléculas de álcool dissolvidas. No futuro, eles também querem usar o método de mapeamento de água em torno de sistemas mais complexos, como enzimas, o que pode ser importante para o design de medicamentos.

Os resultados foram publicados pela Prof Dra. Martina Havenith, cadeira de Físico-Química II e porta-voz do cluster de excelência Resolv, com o Dr. Fabian Böhm e o Dr. Gerhard Schwaab no jornal Angewandte Chemie .

O método agora pode ser aplicado em tempo real

Processos biológicos fundamentais, como catálise enzimática ou ligação molecular, ocorrem na fase aquosa. A calorimetria serve como uma ferramenta biofísica poderosa para estudar o reconhecimento molecular e a estabilidade de sistemas biomoleculares medindo as mudanças nas variáveis ​​de estado termodinâmicas, por exemplo. após o dobramento ou associação de proteínas, com o propósito de derivar a transferência de calor associada a essas mudanças. A calorimetria determina, entalpia e entropia, que são medidas da transferência de calor e desordem no sistema.

A calorimetria é restrita a escalas de tempo de 1 a 100 segundos. Em contraste, processos espectroscópicos, que são baseados em pulsos de laser curtos, são capazes de realizar medições na escala de tempo de um milionésimo ou bilionésimo de segundo. Os químicos baseados em Bochum mostraram que ambas as abordagens são complementares.

"Ao estabelecer um calorímetro terahertz em um experimento de prova de conceito, alcançamos o primeiro objetivo em que estávamos trabalhando, usando os fundos do Advanced Grant do European Research Council, "explica Martina Havenith.

Determinando a estrutura dos envelopes aquosos

Uma concha de moléculas de água circundantes, a concha de hidratação, forma-se em torno de qualquer molécula dissolvida. O soluto afeta a rede regular de pontes de hidrogênio entre as moléculas de água, fazendo com que a água na concha de hidratação se comporte de maneira diferente da água livre. A estrutura da camada de hidratação depende da forma e da composição química da molécula dissolvida.

A equipe de Havenith investigou a camada de hidratação de cinco diferentes cadeias de álcool e foi capaz de classificar a água de hidratação de forma diferente por calorimetria terahertz. A exposição a pulsos de terahertz fornece impressões digitais das vibrações na rede de água. Esse, por sua vez, permite aos pesquisadores deduzir quantidades fundamentais, como entropia e entalpia.

"O método nos permite, pela primeira vez, mapear espectroscopicamente a entropia e a entalpia em torno dos solutos, que são parâmetros cruciais para caracterizar o reconhecimento molecular, "resume Havenith.