Quando una molecola viene sciolta o immersa nell’acqua, la struttura chimico-fisica di quest’ultima si modifica, a seconda delle proprietà della nuova molecola. All’interfaccia tra macromolecole e solvente si verificano enormi riorganizzazioni della struttura dell’acqua, che assume configurazioni del tutto nuove, anche a distanze considerevoli dalla molecola del soluto. In questo caso sicuramente gli effetti cooperativi sono molto importanti. A questo proposito, vari autori parlano di "acqua vicina" per intendere l’acqua che si trova vicino a superfici solide o a macromolecole e da queste viene influenzata. Ad esempio, una catena proteica con gruppi chimici positivi (NH) e negativi (CO) alternanti dovrebbe polarizzare l’acqua circostante, ridurne i movimenti di rotazione e traslazione e dar luogo alla formazione di molti strati ordinati di molecole d’acqua. Tali modificazioni peculiari della struttura dell’acqua si estendono, a seconda degli autori, da 5 a 200 diametri molecolari di distanza dalla superficie considerata [Drost-Hansen, 1982].
Questo fenomeno non coincide con le ben riconosciute interazioni molecolari tra l’acqua e la superficie (ad esempio interazioni ione-dipolo o dipolo-dipolo), che sono ad alta energia ed a breve raggio. L’acqua vicina, invece, si estende molto più lontano delle interazioni specifiche di superficie. Ciò potrebbe avere grosse implicazioni nel funzionamento delle cellule che, come è noto, sono ricchissime di macromolecole, di fibre e di membrane.
Le proprietà dell’acqua vicina sono peculiari: essa è più densa dell’acqua normale e congela solo a molti gradi sotto lo zero ed anche le sue proprietà di solvente sono alterate. È stato suggerito che molti enzimi, ritenuti sciolti nel citoplasma, in realtà siano debolmente associati alle superfici di fibre o membrane per l’interazione con l’acqua vicina, così che molti processi metabolici si svolgerebbero in condizioni di organizzazione su piani bidimensionali piuttosto che nel moto caotico dell’acqua libera [Clegg, 1982].
Le possibili implicazioni dell’acqua vicina sulla fisiologia della cellula sono state discusse e documentate da Bistolfi nell’ambito di una teoria biofisica sui sistemi di comunicazione biologici [Bistolfi, 1989]. Ricollegandosi ai lavori di Hameroff [Hameroff, 1988], l’autore ipotizza che l’acqua adiacente al citoscheletro sia altamente ordinata, vale a dire allineata con legami polari sulla superficie delle proteine filamentose. Tale acqua ordinata potrebbe accoppiarsi alle dinamiche coerenti delle proteine (che, come è noto, sono fatte dall’assemblaggio di tante subunità identiche), opponendosi alla dissipazione termica dell’energia di oscillazione delle proteine. In altre parole, le proteine filamentose potrebbero essere dei conduttori di segnali vibrazionali e l’acqua vicina potrebbe essere una specie di isolante che favorisce la conduzione.
Recentemente stanno accumulandosi evidenze a favore della partecipazione di molecole d’acqua nel trasferimento di protoni in varie reazioni biochimiche, fra cui, tra l’altro, i fotorecettori e vari enzimi [Khorana, 1993; Tuckerman, 1997]. Una serie di molecole d’acqua collegate in catene riunite da legami idrogeno formerebbe un sistema attraverso il quale i protoni (H+) "saltano" da un atomo di ossigeno all’altro ("jumping protonico"), percorrendo distanze significative all’interno o attorno alle macromolecole. In altre parole, le molecole d’acqua disposte in ordine sarebbero assimilabili ad un "filo" che conduce una corrente di cariche positive.
