Dinámica anómala del agua en soluciones de carbohidratos

MATÍAS H. H. POMATA; M. DOLORES ELOLA

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociación Argentina de Fisicoquímica y Química Inorgánica

En este trabajo investigamos los cambios en las propiedades estructurales y dinámicas del agua en soluciones acuosas de fructosa, en el rango de concentraciones de 1 a 5 M, a través de simulaciones de dinámica molecular.  En acuerdo con trabajos anteriores, encontramos una transición de tipo percolante que ocurre para las especies sacáridas, a concentraciones entre 4 y 5 M.  Por encima de estos valores, las moléculas de fructosa forman conglomerados compuestos por casi la totalidad de las moléculas, conectadas entre sí via enlaces puente de hidrógeno.  Estos agregados dificultan la movilidad del agua y a su vezdan lugar a la formación de  grandes cavidades y huecos en los cuales el agua puede quedar atrapada, causando una marcada  ralentización en su dinámica.  Del cálculo de los coeficientes de difusión observamos que a medida que la concentración de fructosa aumenta, estos pueden llegar a ser hasta un orden de magnitud menores que en agua pura.Los valores obtenidos están en acuerdo con resultados experimentales.  Con el objeto de cuantificar los efectos del desorden topológico y energético de la fructosa sobre la dinámica del agua, se realizaron dos simulaciones adicionales: en la primera, la configuración espacial de los sacáridos se mantiene rígida a lo largo del tiempo (efecto topológico), y en la segunda, ademas de mantener "congeladas" las especies sacáridas, las interacciones de tipo Coulomb entre agua y fructosa no son tenidas en cuenta en el Hamiltoniano (efecto energético).  Analizando la función de supervivencia de las aguas de hidratación alrededor de fructosa, observamos que al eliminar el desorden topológico, el tiempo característico de residencia es 17 veces mayor que en el sistema original. Por otra parte, la anulación de las interacciones electrostáticas agua-fructosa acelera la dinámica de manera tal que el tiempode residencia del agua de hidratación es un orden de magnitud menor que en el sistema original. Efectos similares se han encontrado en la dinámica del agua enla vecindad de una proteína.