Известно, что помещение белков в тяжелую воду (оксид дейтерия) сопровождается увеличением их термостабильности на 2-6 градусов, а зависимость температуры денатурации от доли тяжелой воды в растворе нелинейна. Проанализированы факторы, обеспечивающие увеличение термостабильности белков в тяжелой воде. Проведенный анализ указывает на существенную роль воды, специфически связанной с биополимером. Судя по характеру нелинейности - быстрому увеличению температуры денатурации при малых добавках тяжелой воды - тяжелая вода по сравнению с обычной водой предпочтительно связывается белком. Форма кривых зависит от исследуемого белка и варьирует от выпуклой до S-образной.

Для выяснения роли воды в стабилизации биополимеров рассмотрены модели с одним и двумя центрами связывания воды, существенной для термостабильности нативного биополимера. Модель имеет минимальное количество предположений, как то: нативные молекулы белка в растворе гидратированы, а концентрация протонированных и дейтерированных форм определяется соответствующими константами связывания; константы связывания, энтальпия и энтропия денатурации не зависят от температуры в узкой области температурного перехода; константы равновесия реакции денатурации подчиняются уравнению Вант-Гоффа. Получены нелинейные зависимости температуры денатурации от концентрации дейтерия в смесях тяжелая - обычная вода. Форма кривых зависит от соотношения констант связывания ОН- и OD-групп. Наилучшим образом экспериментальные кривые описываются двухцентровой моделью связывания с предпочтительным связыванием тяжелого изотопа. Необходимость участия двух ОН- или OD-групп, либо их комбинации свидетельствует об участии водных мостиков в стабилизации нативной структуры белков. В силу общности постулатов, использованных при построении моделей, они могут быть использованы для анализа других задач, включающих температурные переходы.