Учёные впервые сняли перестройку молекул воды в реакции, важной для жизни
Международная группа учёных впервые получила снимки молекулярного уровня, фиксирующие перестройку молекул воды в ходе реакции переноса протона — процесса, лежащего в основе дыхания клеток, фотосинтеза и многих других биохимических процессов.
Результаты исследования, опубликованного в августе 2026 года, меняют представления о том, как именно вода участвует в химических реакциях, критически важных для существования жизни на Земле.
Что удалось увидеть впервые
Перенос протона в водной среде — один из фундаментальных процессов химии. Он происходит при каждом вдохе, в митохондриях, синтезирующих АТФ, и в хлоропластах растений. Несмотря на его повсеместность, детальная картина того, как именно молекулы воды перестраиваются вокруг движущегося протона, оставалась неясной из-за ультракороткого времени реакции — речь идёт о фемто- и пикосекундном масштабе.
Исследователи применили сверхбыструю лазерную спектроскопию в сочетании с рентгеновским дифракционным анализом, что позволило «заморозить» молекулярную картину в нужный момент. Полученные снимки показывают, как вокруг переносимого протона в доли пикосекунды формируется новая сетка водородных связей: соседние молекулы воды буквально перегруппируются, создавая «эстафетный коридор» для движения положительного заряда.
Почему вода — не пассивный растворитель
Долгое время вода рассматривалась преимущественно как среда, в которой протекают реакции. Новые данные подтверждают принципиально иную роль: молекулы воды активно участвуют в переносе протона, динамически перестраивая сеть водородных связей и тем самым снижая энергетический барьер реакции.
Авторы работы указывают, что именно эта способность воды обеспечивает исключительно высокую скорость протонной проводимости в биологических системах — она примерно в десять раз превышает скорость движения любого другого иона в водном растворе.
Ключевые выводы исследования:
— Перестройка сетки водородных связей начинается ещё до фактического «прыжка» протона между молекулами воды; — Процесс носит коллективный характер: одновременно перестраиваются несколько слоёв молекул; — Скорость перестройки зависит от температуры и структуры окружающей среды, что объясняет тонкую настройку биологических систем.
Практическое значение открытия
Понимание механизма перестройки воды при переносе протона важно для нескольких областей:
— Медицина: многие лекарства нацелены на протонные помпы и ферменты, для которых перенос протона является ключевым этапом. Детальная картина поможет проектировать более эффективные препараты. — Энергетика: топливные элементы работают именно на принципе протонного переноса; понимание роли воды открывает пути к повышению их КПД. — Астробиология: способность воды поддерживать перенос протонов является одним из критериев пригодности среды для жизни при поиске обитаемых миров.
Работа выполнена на базе синхротронного ускорителя, что само по себе демонстрирует, насколько сложного экспериментального оснащения требует наблюдение за процессами, разворачивающимися быстрее триллионной доли секунды.
Материал подготовлен на основе данных агрегатора Phys.org, который не является первичным источником исследования.
Ранее pronedra.ru писал о самособирающихся молекулярных кольцах.
