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當(dāng)水被困在特定結(jié)構(gòu)中無(wú)法自由流動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？德國(guó)科學(xué)家在一項(xiàng)最新研究中首次證實(shí)，這種“封閉的水”不僅會(huì)影響周?chē)h(huán)境，還能促進(jìn)分子之間“聯(lián)姻”。這一發(fā)現(xiàn)有望為新型藥物與材料的研發(fā)開(kāi)辟全新路徑。研究成果發(fā)表于新一期《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志。

地球上的部分水存在于微小的角落與縫隙中，被蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)或人工合成的受體腔所包圍。長(zhǎng)期以來(lái)，這類(lèi)水在分子結(jié)合過(guò)程中是否保持“中性”，抑或扮演某種角色，一直是科學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。通常，水分子之間的相互作用最為強(qiáng)烈，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在如此狹窄的空間中，水的行為卻表現(xiàn)出異常。

德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院與不來(lái)梅雅各布大學(xué)科學(xué)家開(kāi)展的最新研究，為這一現(xiàn)象提供了理論依據(jù)，并證明分子腔中的水具有能量活性。他們將這種狀態(tài)稱(chēng)為高能水，這并非指水會(huì)發(fā)光或冒泡，而是指其能量狀態(tài)高于普通水。研究團(tuán)隊(duì)形象地比喻，高能水就像電梯里擁擠的人，一旦門(mén)打開(kāi)，便會(huì)迅速涌出。同樣，若有新分子進(jìn)入腔體并占據(jù)位置，高能水也會(huì)被強(qiáng)力排出，從而促進(jìn)新分子與腔體之間的結(jié)合。

研究選用葫蘆脲作為“宿主”分子，由于其結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱(chēng)，比蛋白質(zhì)等復(fù)雜體系更易于分析。計(jì)算機(jī)模擬顯示，高能水分子在物理上是成立的，并且是分子結(jié)合過(guò)程中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。且水的能量越高，就越有利于客體分子與宿主結(jié)合。

這一發(fā)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)與材料科學(xué)具有深遠(yuǎn)意義。在藥物設(shè)計(jì)領(lǐng)域，識(shí)別出靶蛋白中的高能水，有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)活性分子，使其能夠置換這些水并利用其結(jié)合力，更牢固地錨定于蛋白質(zhì)上，從而提升藥效。在材料科學(xué)領(lǐng)域，可設(shè)計(jì)能排出或置換高能水的腔體，有望增強(qiáng)材料的傳感與存儲(chǔ)性能。