Un grupo de investigadores ha descubierto que cuando el agua queda confinada en cavidades extremadamente pequeñas —del orden nanométrico— puede comportarse de forma distinta: las moléculas quedan atrapadas, almacenan energía internamente y cuando son desplazadas liberan una cantidad notable de energía. Este fenómeno, conocido en inglés como “high-energy water”, sugiere que el agua puede influir de forma activa en reacciones químicas, enlaces moleculares o estabilidad de compuestos. A diferencia del agua libre, esta agua confinada actuaría como un “resorte molecular”: al liberar una molécula huésped, el agua reinicia su configuración con un impulso que potencia la unión con la nueva molécula. Las consecuencias para campos como la biomedicina, la química molecular o el desarrollo de materiales podrían ser significativas.

Agua confinada: un nuevo jugador en química molecular

El artículo original de Popular Mechanics describe cómo científicos han demostrado que el agua atrapada en cavidades diminutas puede almacenar energía, y al ser desplazada por otra molécula —una “invitada” o ligand— esa energía extra se convierte en parte de la fuerza de unión. El concepto de “high-energy water” rompe con la idea tradicional de que el agua es simplemente un medio pasivo. Según la nota, cuando una molécula huésped abandona su sitio, la expulsión del agua confinada libera un “empuje energético” que puede aumentar notablemente la afinidad de la nueva molécula, dando lugar a enlaces mucho más estables. Esta idea tiene su base en experimentos con cavidades moleculares tipo cucurbiturils, donde los científicos midieron cambios de energía libre (ΔG) significativamente más favorables cuando el agua confinada es reemplazada por un ligando.

Desde un punto de vista técnico, la clave está en la restricción espacial: en espacios de pocos angstroms, la red de enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua se reorganiza de forma forzada, incrementando la tensión interna. Esa tensión representa un excedente energético; cuando una molécula huésped deja la cavidad, las moléculas de agua liberan ese exceso energéticamente, lo que implica un descenso abrupto en la entalpía del sistema. En términos medibles, los experimentos registraron diferencias de energía libre de unión (ΔG) que podrían superar considerablemente las previstas por modelos clásicos de solvatación. Este “efecto confinamiento” revaloriza el papel del agua en procesos como la unión molecular, la estabilidad de complejos o la interacción fármaco-receptor.

Implicaciones para fármacos y materiales: un enfoque práctico

Si esta “agua de alta energía” realmente puede potenciar la unión molecular, sus aplicaciones en diseño de fármacos podrían ser muy relevantes. Un fármaco que compita con el agua confinada en un sitio activo de una proteína podría beneficiarse de ese impulso extra de energía: al desplazar el agua, la unión se estabiliza más fuertemente, lo cual podría incrementar la eficacia del fármaco o permitir dosis menores. Esta estrategia cambia la forma en que se evalúa la afinidad en química medicinal, añadiendo un parámetro adicional a tener en cuenta al diseñar moléculas.

En materiales avanzados, el concepto también es prometedor. Si se fabrican cavidades nanométricas en polímeros, superficies porosas o estructuras cristalinas capaces de confinar agua, se podría diseñar un sistema que altere sus propiedades al modificar la ocupación de esas cavidades. Por ejemplo, materiales que reaccionan al cambio de humedad, sistemas de liberación controlada, superficies reactivas o sensores moleculares. La energía almacenada en el agua confinada se usaría como disparador de cambios estructurales, algo imposible con un agua “normal”.

Qué se sabe hasta ahora y qué queda por estudiar

El estudio reportado combina métodos experimentales —como calorimetría de precisión para medir cambios térmicos asociados al desplazamiento del agua— con simulaciones computacionales que modelan la termodinámica del sistema. En cavidades modelo, los investigadores han observado que la salida de agua confinada produce un descenso de entalpía acompañado de un aumento en la entropía favorable, lo que resulta en un ΔG de unión mucho más negativo que en condiciones estándar. Esto demuestra que el agua confinada no se comporta como un disolvente neutro sino como un actor termodinámico.

No obstante, las pruebas hasta ahora se han realizado en sistemas simplificados, con cavidades con geometría ideal y ligandos bien definidos. Llevar este concepto a entornos más complejos —como proteínas, membranas biológicas, polímeros heterogéneos o materiales porosos reales— implica desafíos serios. Hay incertidumbre sobre cuántas moléculas de agua realmente permanecen “energéticas” bajo condiciones fisiológicas, cómo afectan variables como pH, iones, temperatura o presión, y si el efecto se mantiene en entornos no controlados.

Además, medir la cantidad de agua confinada en sistemas reales resulta difícil: las técnicas disponibles requieren calorimetría de alta sensibilidad o simulaciones computacionales que, en sistemas complejos, pueden ser poco precisas. La variabilidad estructural y dinámica de las macromoléculas o materiales naturales añade ruido al fenómeno, lo que podría reducir la magnitud del efecto observado en laboratorio.

Reflexiones sobre un cambio de paradigma en la química del agua

Este hallazgo obliga a reconsiderar muchos supuestos clásicos en química: el agua no debería verse siempre como un medio neutro, sino como una parte activa del sistema, con su propia aportación de energía y capacidad de influir en la formación de enlaces. En términos científicos, implica añadir nuevas variables a los modelos de solvatación, unión molecular o diseño de ligandos, lo que puede alterar las predicciones de estabilidad, afinidad o reactividad.

Para la biología molecular y la farmacología, significa que la presencia de agua en sitios activos podría jugar un papel más decisivo de lo previsto, y que desplazar esa agua con un fármaco podría aportar una ventaja termodinámica real. En el trabajo con materiales, plantea la posibilidad de aprovechar ese carácter “activable” del agua confinada para diseñar sistemas sensibles, reactivos o adaptativos.

Más allá de las aplicaciones, este descubrimiento recuerda que incluso las sustancias más familiares pueden esconder comportamientos inesperados cuando se les observa con detalle. Que el agua —tan común, tan presente en todo lo vivo— pueda guardar energía en silencio, hasta que una interacción lo desencadene, revela un nivel de complejidad molecular que aún estamos empezando a explorar.