Water, de nederige combinatie van waterstof en zuurstof, is essentieel voor het leven. Ondanks zijn centrale plaats in de natuur, er is relatief weinig bekend over de rol die afzonderlijke watermoleculen spelen in de biologie.

Onderzoekers aan de Duke University, in samenwerking met de Arizona State University, Pennsylvania State University en University of California-Davis hebben onderzocht hoe elektronen door watermoleculen stromen, een proces dat cruciaal is voor de energieopwekkende machinerie van levende systemen. Het team ontdekte dat de manier waarop watermoleculen clusteren op vaste oppervlakken, de moleculen in staat stelt om sterke of zwakke bemiddelaars van elektronenoverdracht te zijn, afhankelijk van hun oriëntatie. De experimenten van het team tonen aan dat water in staat is een hoger of lager geleidende vorm aan te nemen, net als de elektrische schakelaar aan uw muur. Ze waren in staat om tussen de twee structuren te schakelen met behulp van grote elektrische velden.

In een eerder artikel dat vijftien jaar geleden in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschap , Duke scheikundeprofessor David Beratan voorspelde dat de bemiddelingseigenschappen van water in levende systemen zouden afhangen van hoe de watermoleculen zijn georiënteerd.

Watersamenstellingen en -ketens komen voor in biologische systemen. "Als je de geleidende eigenschappen van de twee vormen voor een enkel watermolecuul kent, dan kun je de geleidende eigenschappen van een waterketen voorspellen, " zei Limin Xiang, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en de eerste auteur van het artikel.

"Net als het opstapelen van LEGO-stenen, je zou ook een waterketen kunnen opstapelen met de twee vormen van water als bouwstenen, ' zei Xiang.

Naast het ontdekken van de twee vormen van water, de auteurs ontdekten ook dat water zijn structuur kan veranderen bij hoge spanningen. Inderdaad, wanneer de spanning groot is, water verandert van een hoog- naar een laaggeleidende vorm. In feite, het is mogelijk dat deze omschakeling de stroom van elektronenlading in levende systemen zou kunnen poorten.

Deze studie markeert een belangrijke eerste stap in het opzetten van watersynthetische structuren die kunnen helpen bij het maken van elektrisch contact tussen biomoleculen en elektroden. In aanvulling, het onderzoek kan helpen om de strategieën van de natuur te onthullen voor het handhaven van het juiste elektronentransport door watermoleculen en zou licht kunnen werpen op ziekten die verband houden met oxidatieve schadeprocessen.