“封闭的水”能促进分子间“联姻”

2025-11-12 10:23:41 来源：科技日报

(资料图)

当水被困在特定结构中无法自由流动时，会发生什么？德国科学家在一项最新研究中首次证实，这种“封闭的水”不仅会影响周围环境，还能促进分子之间“联姻”。这一发现有望为新型药物与材料的研发开辟全新路径。研究成果发表于新一期《德国应用化学》杂志。

地球上的部分水存在于微小的角落与缝隙中，被蛋白质结合位点或人工合成的受体腔所包围。长期以来，这类水在分子结合过程中是否保持“中性”，抑或扮演某种角色，一直是科学界争论的焦点。通常，水分子之间的相互作用最为强烈，但实验数据显示，在如此狭窄的空间中，水的行为却表现出异常。

德国卡尔斯鲁厄理工学院与不来梅雅各布大学科学家开展的最新研究，为这一现象提供了理论依据，并证明分子腔中的水具有能量活性。他们将这种状态称为高能水，这并非指水会发光或冒泡，而是指其能量状态高于普通水。研究团队形象地比喻，高能水就像电梯里拥挤的人，一旦门打开，便会迅速涌出。同样，若有新分子进入腔体并占据位置，高能水也会被强力排出，从而促进新分子与腔体之间的结合。

研究选用葫芦脲作为“宿主”分子，由于其结构高度对称，比蛋白质等复杂体系更易于分析。计算机模拟显示，高能水分子在物理上是成立的，并且是分子结合过程中的关键驱动力。且水的能量越高，就越有利于客体分子与宿主结合。

这一发现对医学与材料科学具有深远意义。在药物设计领域，识别出靶蛋白中的高能水，有助于系统设计活性分子，使其能够置换这些水并利用其结合力，更牢固地锚定于蛋白质上，从而提升药效。在材料科学领域，可设计能排出或置换高能水的腔体，有望增强材料的传感与存储性能。