Acqua, l'umile combinazione di idrogeno e ossigeno, è essenziale per la vita. Nonostante il suo posto centrale nella natura, relativamente poco si sa del ruolo che le singole molecole d'acqua svolgono in biologia.

Ricercatori della Duke University, in collaborazione con l'Arizona State University, La Pennsylvania State University e l'Università della California-Davis hanno studiato come gli elettroni scorrono attraverso le molecole d'acqua, un processo cruciale per la macchina generatrice di energia dei sistemi viventi. Il team ha scoperto che il modo in cui le molecole d'acqua si raggruppano su superfici solide consente alle molecole di essere mediatori forti o deboli del trasferimento di elettroni, a seconda del loro orientamento. Gli esperimenti del team mostrano che l'acqua è in grado di adottare una forma a conduzione superiore o inferiore, proprio come l'interruttore elettrico sul muro. Sono stati in grado di spostarsi tra le due strutture utilizzando grandi campi elettrici.

In un precedente articolo pubblicato quindici anni fa sulla rivista Scienza , Il professore di chimica della Duke, David Beratan, ha predetto che le proprietà di mediazione dell'acqua nei sistemi viventi dipenderanno da come sono orientate le molecole d'acqua.

Assemblaggi e catene di acqua si verificano in tutti i sistemi biologici. "Se conosci le proprietà conduttive delle due forme per una singola molecola d'acqua, quindi puoi prevedere le proprietà conduttive di una catena d'acqua, " disse Limin Xiang, uno studioso post-dottorato presso l'Università della California, Berkeley, e il primo autore dell'articolo.

"Proprio come l'accumulo di mattoncini LEGO, potresti anche accumulare una catena d'acqua con le due forme d'acqua come elementi costitutivi, " ha detto Xiang.

Oltre a scoprire le due forme dell'acqua, gli autori hanno anche scoperto che l'acqua può cambiare la sua struttura ad alte tensioni. Infatti, quando la tensione è grande, l'acqua passa da una forma ad alta a una a bassa conduttività. Infatti, è possibile che questa commutazione possa bloccare il flusso di carica di elettroni nei sistemi viventi.

Questo studio segna un primo passo importante nella creazione di strutture sintetiche dell'acqua che potrebbero aiutare a stabilire un contatto elettrico tra biomolecole ed elettrodi. Inoltre, la ricerca potrebbe aiutare a rivelare le strategie della natura per mantenere un adeguato trasporto di elettroni attraverso le molecole d'acqua e potrebbe far luce sulle malattie legate ai processi di danno ossidativo.