Comportamentul celor mai mici molecule de apa dezvaluit

0

Studiul, recent publicat în Jurnalul Societăţii Americane pentru Chimie (JACS), aduce o nouă interpretare atât pentru măsurătorile experimentale dar şi ca studii vitale ce vor sta la baza cercetărilor viitoare asupra celei mai valoroase resurse pe care o avem. Mai mult decât atât, înţelegând proprietăţile apei până la nivel molecular poate avea un impact major asupra multor segmente ale ştiinţei, inclusiv dezvoltarea unor noi medicamente sau progrese în studiul asupra modificărilor climaterice.

„În jur de 60 % din corpul nostru este compus din apă cepractic  mediază toate procesele bilogice,” spune Francesco Paesani, unul dintre autorii corespondenţi ai articolului, asisten profesor în cadrul Departamentului De Chimie şi BIochimie de la UC San Diego şi cercetător computaţional la Centrul Supercomputerului din cadrul Universităţii din San Diego. (SDSC). „Fără apă, proteinele nu funcţionează şi viaţa aşa cum o cunoaştem noi nu poate exista. Înţelegând proprietăţile moleculare ale legăturilor reţelelor de hidrogen din apă este cheia pentru înţelegerea a tot ceea ce se petrece în apă. Şi încă nu avem un tablou exact al structurii moleculare ale apei lichide în diferite medii.”

Cercetătorii ştiu că proprietăţile unice ale apei există datorită capacităţii acesteia de a forma reţele de legături de hidrogen extrem de flexibile dar în acelaşi timp dense ce se mulează pe mediul înconjurător. Aşa cum a fost descris în articolul din JACS, cercetătorii au determinat polulaţia relativă a diverşilor izomeri ale hexamerului de apă şi modurile în care aceştia se compun în diversele lor configuraţii denumite ‘cuşcă’, ‘prismă’ şi ‘carte’.

Hexamerul de apă este considerat ca fiind cea mai mică picătură de apă pentru că este cel mai mic grup de molecule de apă ce este tridimensional, adică o grupare de atomi de hidrogen unde moleculele nu stau în acelaşi plan. Astfel, acesta este sistemul prototip pentru înţelegerea dinamicii legăturilor hidrogenului în faza condensată datorită legăturilor directe cu gheaţa şi cu sranjamentele structurale care au loc în apa lichidă.

Acest sistem permite oamenilor de ştiinţă să înţeleagă mai bine structura şi dinamica apei în stare lichidă, ce joacă un rol central în multe fenomene cu relevanţă în diferite ramuri ale ştiinţei, inclusiv fizica, chimia, bilogia, geologia şi studiul mediului. De exemplu structura hidratării din jurul proteinelor le afetează acestora stabilitatea şi funcţionarea, apa în zonele active ale enzimelor le afectează puterea catalitică a acestora şi comportamnetul absorbţiei apei în atmosferă infleuenţează formarea norilor.

„Până acum, experimentele şi calculele pe grupuri foarte mici de molecule de apă au fost consistente până la nivelul pentamerului (în chimie însemnând un grup format din cinci molecule) dar ordonarea în funcţie de puterea energetică a izomerilor plaţi ale unui hexamer a fost întotdeauna controversată,” spune Paesani.

Adăugăm declaraţia corespondentului Departamentului de Chimie al Universităţii Emory şi al Centrului pentru Calcule Ştiinţifice al Centrului Cherry L. Emerson, Joel M.Bownam: „Simulările noastre sunt primele  care folosesc un model fidel, dimensional cu reprezentările interacţiunilor moleculare şi incluzând efectul cuantum nuclear prin intermediul unor abordări de înaltă clasă a calculelor. Acestea ne permit să determinăm cu acurateţe stabilitatea diferiţilor izomeri într- marjă mare de temperatură de la 0 la 150 kelvin (aproape – 274 grade celsius până la aproximativ – 124 grade celsius).”

În timp ce izomerul prismă a fost identificat ca fiind global structura de energie minimă, simulările cuantice au prezis atât izomeri cuşcă cât şi izomeri prismă aproape în proporţii egale la temperaturi extrem de scăzute. Cu creşterea temperaturii au început să apară tot mai multe cuşti şi apoi cărţi.

Cercetătorii au folosit noul supercomputer Gordon dar şi grupul de computere Triton de la SDSC pentru a face simulările.

„Simulările noastre au profitat la maxim de puterea distribuită de procesare a lui Gordon prin cel căteva mii de procesoare,” spune Volodymyr Babin, cercetător la Departamentul de Chimie şi Biochimie al UC San Diego. „Acest tip de eficienţă a calculelor paralele ar fi greu de atins cu un alt tip de grup de computere. Scalabilitatea abordării calculelor noastre derivă dintr-o combinaţie de tehnici de simulare ultra performante cu integrale ale dinamicii moleculare.”

Babin spune că echipa în prezent lucrează la extinderea acestei metodologii care să studieze originea de la nivel microscopic al proprietăţilor neobişnuite ale apei lichide şi ale gheţei de a evalua cantitativ rolul jucat de efectele cuantice nucleare in topologia diagramei fazelor apei. Acest proeict implică un număr masiv de calcule de date ale chimiei cuantice care nu sunt fezabile decât pe un supercomputer de clasa lui Gordon.

sursa: Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
Legendara biblioteca de metal descoperita in Pestera Tayos din Ecuador

O echipă de exploratori a declarat că au descoperit legendara bibliotecă de metal şi diverse alte bogăţii şi obiecte vechi...

Închide