Ūdens ir visur, tas ir daļa no katras šūnas un uztur dzīvību, tomēr daži tā fundamentālās struktūras elementi līdz šim bija iespējams noteikt tikai ar modeļu un aprēķinu palīdzību. Tieši tāpēc nesenie atklājumi, ko veikušas vairākas pētnieku grupas, pārsteidza pat zinātnisko sabiedrību.
Saturs
Pirmo reizi zinātnieki tieši novēroja skābekļa atomus ūdens molekulās . Izpētīsim, ko nozīmē šis sasniegums molekulārajā bioloģijā, kā tas kļuva iespējams un kāpēc tas var mainīt mūsu izpratni par bioloģiskajiem un ķīmiskajiem procesiem.
Skābekļa atomi ūdenī
Pētnieki jau desmitgadēm zināja, kā ūdens ir uzbūvēts molekulārajā līmenī. Viņi zināja, ka katra molekula sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma. Problēma nebija teorētiska, bet gan tehniska. Skābekli ir grūti atšķirt šķidrā vidē, jo tā signāli pārklājas ar citu elementu signāliem, kā arī tāpēc, ka ūdens pastāvīgi kustas atomārajā līmenī.
Šis izrāviens kļuva iespējams, pateicoties jaunām mikroskopijas un subatomārā līmeņa analīzes metodēm. Apvienojot augstas precizitātes instrumentus ar modernām aprēķinu modelēm, zinātnieki spēja precīzi noteikt skābekļa atomu atrašanās vietu šķidras ūdens struktūrās.
Tas nav klasisks attēls, kā fotogrāfija, bet gan tieša rekonstrukcija, kas balstīta uz eksperimentāliem datiem. Tomēr tas ļauj mums izdarīt to, kas iepriekš bija neiespējami: noteikt skābekļa atrašanās vietu dinamiskajā ūdeņraža saišu tīklā, kas nosaka ūdens uzvedību.
Tādējādi ūdens vairs nav vienkārši neredzams fons, uz kura notiek reakcijas, bet kļūst par novērojamu objektu ar iepriekš neredzētu detalizācijas līmeni.
Kāpēc šis molekulārais atklājums ūdenī ir tik svarīgs?
Skābekļa atomu atklāšana ūdenī nav tikai tehniska kuriozitāte. Tai ir milzīga nozīme, lai saprastu, kā darbojas dzīve. Ūdens piedalās proteīnu salocīšanā, DNS stabilitātē, jonu transportā un praktiski visās bioloģiskajās reakcijās cilvēka organismā.
Pateicoties šim jaunajam novērojumu līmenim, zinātnieki var labāk pētīt ūdens molekulu mijiedarbību ar fermentiem, šūnu membrānām un zālēm. Tas paver ceļu uz precīzāku slimību rašanos modeļu izveidi, šūnu signālu mehānismu un iemeslu izpēti, kāpēc noteiktas reakcijas notiek tikai ūdens klātbūtnē.
Tas ietekmē arī tādus jomas kā biotehnoloģija, farmakoloģija un materiālu zinātne. Izpratne par ūdens faktisko struktūru atomārajā līmenī var palīdzēt izstrādāt efektīvākus medikamentus , uzlabot rūpnieciskos procesus un radīt materiālus, kas labāk mijiedarbojas ar bioloģisko vidi.
Fundamentālajos pētījumos šis progress ļauj pārbaudīt teorijas, kuras līdz šim varēja modelēt tikai datorā. Tagad ir iespējams tieši salīdzināt teorētiskos modeļus ar novērojumiem reālajā pasaulē, kas ir galvenais faktors stingru metožu tālākai attīstībai.
Turklāt šis sasniegums parāda, cik tālu ir attīstījusies zinātniskā tehnoloģija. Vēl nesen bija neiedomājami redzēt skābekļa atomu tik sarežģītā vidē kā šķidrā ūdenī. Šodien tas ir eksperimentāla realitāte.
