Istraživači sa Sveučilišta Notre Dame prvi su put primijetili kiralnu nadgradnju vode oblikovanu oko biomolekule. Iako su mnoga istraživanja pokazala izravnu interakciju vode s vrlo važnim makromolekulama poput DNA, najnovija studija konačna je potvrda da voda stvara jedinstvenu i postojanu super-strukturu oko dvostruke zavojnice DNA – stabilizirajući molekularnu konformaciju, posredujući njezinu funkcionalnost i interakcija s važnim informacijskim posrednicima poput RNA polimeraze.
Uzimajući se u obzir s drugim novijim izvješćima, poput izravnog mapiranja molekularnih sprega i izmjene energije između vibracija okosnice DNA i vode pomoću femtosekundne infracrvene spektroskopije, postaje sve teže zanemariti središnju ulogu vode u nekim od najvažnijih bioloških funkcije. Voda oblikuje obrasce hidratacije oko biomolekula interakcijama vodikovih veza – i toliko je presudna u organiziranju i orkestriranju staničnog okoliša da su istraživači poput Geralda Pollacka čak istaknuli njegovu važnost kao mogućeg rodonačelnika stanične membrane – rađajući prve stanice život.
Najnovije istraživanje koristilo je koherentnu nelinearnu vibracijsku mikroskopiju za neviđene brzine vibracijskog slikanja i molekularnu prostornu razlučivost, omogućavajući molekulama DNA i pridružene obrasce hidratacije vode da se detaljno promatraju u gotovo fiziološkim uvjetima (sobna temperatura i 100 mM otopina NaCl). Istraživački tim otkrio je da DNK utiskuje svoju kiralnost, usmjerenja ljevice ili desnice, na okolne molekule vode, uzrokujući stvaranje makroskopske super–strukture vodenog predloška duž dvostruke zavojnice DNA.
Iako je poznato da je specifično uzorkovanje uzorka molekula vode duž molekule DNA važno za prepoznavanje sljedova promotora gena interakcijom proteina (vidi na primjer studiju ” Interfacialna voda kao hidracijski otisak prsta “), potpuna biološka važnost hidratacije kiralne kralježnice nije poznata. Iako daje potporu kontroverznim nalazima poput Luca Montagniera – u kojem su nobelovac i njegov istraživački tim, uključujući teoretskog fizičara Emilia Del Giudicea, pionira u radu na teoriji kvantnog polja kondenzirane meke materije, posebno vode – izveo je niz eksperimenata koji sugeriraju da se DNA sekvence mogu rekonstituirati iz memorije vode. Studija je detaljno opisana u izvješću “transdukcija podataka DNK kroz vodu i elektromagnetske valove “.
Sposobnost izravnog otkrivanja interakcije vode i ključne uloge u biomolekularnim funkcijama uzbudljiv je razvoj naprednih spektroskopskih tehnologija i molekularne biologije i pružit će otkrivački uvid u biofiziku i fizičko-kemijska svojstva na molekularnoj razini života.
Kad je Szent-Gyorgyi vodu nazvao “matricom života”, ponavljao je stari osjećaj. Paracelsus je u 16. stoljeću rekao da je „voda bila matrica svijeta i svih njegovih stvorenja“. Ali Paracelsusov pojam matrice – djelatne tvari prožete plodnim plodovima, svojstvima koja daju život, bio je sasvim drugačiji od slike koju su molekularni biolozi donedavno imali ulogu vode u kemiji života. Iako priznaju da tekuća voda ima neka neobična i važna fizikalna i kemijska svojstva; njezinu snagu otapala, sposobnost stvaranja vodikovih veza, amfoternu prirodu [molekulu koja može reagirati i kao kiselina i kao baza] – biolozi u osnovi smatraju pozadinom na kojoj su smještene životne molekularne komponente.
To je bila uobičajena praksa, na primjer, izvoditi računalne simulacije biomolekula u vakuumu. Djelomično je to bilo zbog toga što je računski intenzitet simuliranja polipeptidnog lanca bio izazovan čak i bez računanja molekula otapala, ali također je odražavao prevladavajuću ideju da voda čini malo više od ublažavanja ili umjeravanja osnovnih fizikalno-kemijskih interakcija odgovornih za molekularnu biologiju. Ono što su Gerstein i Levitt rekli prije 9 godina i danas ostaje točno: “Kad znanstvenici objavljuju modele bioloških molekula u časopisima, obično crtaju svoje modele u svijetlim bojama i postavljaju ih na običnu, crnu pozadinu”, no, također je odražavalo prevladavajuće mišljenje da voda čini samo nešto više od ublažavanja ili umjeravanja osnovnih fizikalno-kemijskih interakcija odgovornih za molekularnu biologiju.
Zanimljivo je da je ovo zanemarivanje vode kao aktivne komponente stanice išlo paralelno s pretpostavkom da život bez nje ne može postojati. To je u osnovi bio empirijski zaključak izveden iz našeg iskustva života na Zemlji; okoliši bez tekuće vode ne mogu održati život, a potrebne su posebne strategije za suočavanje sa situacijama u kojima je tekućine – zbog ekstrema ili vrućine ili hladnoće – malo. Nedavna potvrda da postoji barem jedan svijet bogat organskim molekulama na kojima su rijeke, a možda i plitko more ili močvare ispunjene nevodenom tekućinom – tekućim ugljikovodicima Titana, možda bi se sada moglo usredotočiti na pitanje je li voda doista jedinstvena i univerzalna matrica života ili je upravo ona koja se slučajno odnosi na naš planet. – Phillip Ball, Voda kao aktivni sastojak u biologiji stanica
Članak; http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acscentsci.7b00100
Piše//Izvor: Iva S. Ilić//ResonanceScience
