Hvordan vand hjælper substratet ind i enzymet

Forskere fra Bochum og Berkeley har undersøgt, hvorfor bure kan øge den katalytiske aktivitet af lukkede molekyler. Ved at bruge terahertz-spektroskopi og komplekse computersimuleringer, de viste, at vand indkapslet i et lille bur har særlige egenskaber - som strukturelt og dynamisk adskiller sig fra enhver kendt vandfase. Vandet danner en dråbe inde i buret, der letter indkapslingen af ​​et værtsmolekyle, for at få adgang til det katalytiske center. Forskerholdet beskriver de termodynamiske egenskaber ved denne specielle form for vand, som aldrig er blevet observeret før, i journalen Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ) offentliggjort online den 14. december 2020.

Teamet ledet af professor Martina Havenith, Leder af formanden for fysisk kemi II ved Ruhr-Universität Bochum og formand for Cluster of Excellence Ruhr udforsker frelse, Løs for kort, samarbejdede under arbejdet med professor Teresa Head-Gordon, Professor Ken Raymond og professor Dean Toste fra University of California i Berkeley.

Vand i buret er hverken fast eller en normal væske

Nogle molekylære konstruktioner har et indre hulrum fyldt med vand, som kan være katalytisk aktiv, dvs. kan lette reaktionen af ​​visse molekyler. Forskerne gentog disse forhold i deres eksperimenter med nanokapsler. De undersøgte de indkapslede vandmolekyler og deres egenskaber.

En nyere teori tyder på, at under disse omstændigheder, vand ville danne islignende klynger. Holdet tilbageviste denne teori i det nuværende arbejde. Terahertz -spektret - en slags kemisk fingeraftryk - for det begrænsede vand så anderledes ud end spektrene i alle tidligere kendte vandfaser. Det lignede hverken spektret af is eller spektret af bulkvand ved højt tryk.

I stedet, en dråbe dannet af ni vandmolekyler forbundet internt af hydrogenbindinger, mens hydrogenbindingsnetværket blev afbrudt ved overfladen af ​​dråben. "Bevægelserne af vandmolekylerne i buret er mere begrænsede, " forklarer Martina Havenith. "Det kan ikke være tilfreds med denne tilstand." Som et resultat, tømning af hulrummet lettes i forhold til normalt bulkvand, gør det lettere for en gæst at komme ind i hulrummet.

Ken Raymonds og Dean Tostes team syntetiserede nanocage til denne undersøgelse. Gruppen ledet af Martina Havenith analyserede derefter hydrogenbindingsnetværket i det indelukkede vand ved hjælp af terahertz-spektroskopi. Teresa Head-Gordon simulerede eksperimentet ved hjælp af computersimuleringer kaldet ab initio molecular dynamics simulations.