Jedynie prawda jest ciekawa

Gorące tematy:

Nobel z chemii za komputerowy model reakcji chemicznej

09.10.2013

Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano twórcom komputerowego modelowania reakcji chemicznych - Martinowi Karplusowi, Michaelowi Levittowi i Ariehowi Warshelowi.

Reakcje chemiczne zachodzą tak szybko - w ułamku milisekundy - i w tak małej skali, że nie da się bezpośrednio obserwować każdego ich etapu. Przykładem mogą być reakcje w katalizatorze oczyszczającym spaliny, zielonym liściu prowadzącym proces fotosyntezy czy w żywej komórce. Kiedyś chemicy budowali modele cząsteczek z plastikowych piłek i patyczków. Teraz używają komputerów.

Aby modelować reakcje chemiczne, komputerowe modele musiały łączyć zasady klasycznej fizyki z egzotycznymi regułami fizyki kwantowej. W przypadku fizyki klasycznej obliczenia są łatwe i można badać bardzo duże cząsteczki, ale tylko w stanie spoczynku. Pod wpływem przepływu energii kształt cząsteczki ulega zmianie. Dlatego do opisu potrzebna jest mechanika kwantowa. Jednak w jej przypadku obliczenia muszą uwzględniać zachowanie każdego jądra atomowego i każdego elektronu – są skomplikowane i dlatego możliwe tylko w przypadku małych cząsteczek. Tegorocznym noblistom udało się skutecznie połączyć oba rodzaje obliczeń. Gdy na przykład lek działa na białkowy receptor, obliczenia kwantowe dotyczą atomów bezpośrednio zaangażowanych w reakcję, podczas gdy zachowanie liczącej tysiące atomów reszty cząsteczki opisuje fizyka klasyczna.

Pod koniec lat 60. Levitt i Warshel pracowali w izraelskim Instytucie Weizmanna. Przy pomocy należącego do Instytutu "Golema" - jednego z najpotężniejszych wówczas na świecie komputerów - opracowali program, który metodami fizyki klasycznej pozwalał modelować cząsteczki chemiczne wszelkiego rodzaju, nawet ogromne cząsteczki biologiczne. W roku 1970 Warshel przeniósł się na Harvard, gdzie podjął współpracę z Karplusem, mającym doświadczenie w dziedzinie mechaniki kwantowej. Interesowało go zwłaszcza zachowanie elektronów w cząsteczkach odpowiedzialnych za proces widzenia.

W roku 1970 Karplusowi i Warshelowi udało się opracować model reakcji zachodzących w siatkówce oka, który jako pierwszy łączył zasady klasycznej fizyki z mechaniką kwantowej. Miał on jednak ograniczenie - sprawdzał się tylko w przypadku cząsteczek o symetrii lustrzanej.

Po dwóch latach spędzonych na Harvardzie Warshel znów połączył siły z Levittem, który zrobił w międzyczasie doktorat na uniwersytecie w Cambridge. Razem postanowili stworzyć program, który pozwalałby modelować zachowanie enzymów - białek, dzięki którym działają żywe komórki. Udało się to w roku 1976. Program, łączący fizykę klasyczną i kwantową zrewolucjonizował badania nad cząsteczkami biologicznym - nadawał się do modelowania nawet największych z nich. Aby nie marnować bezproduktywnie mocy obliczeniowej komputera, obecnie stosowane programy modelują zachowanie cząsteczek na trzech poziomach - atomy o kluczowym znaczeniu modelowane są w oparciu o zasady mechaniki kwantowej, mniej ważne - metodami fizyki klasycznej, zaś te najbardziej oddalone - jako jednolita masa. Prace tegorocznych noblistów mają uniwersalne znaczenie. Oprócz tworzenia nowych leków, mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle, na przykład przy tworzeniu nowych katalizatorów czy sprawniejszych baterii słonecznych. Komputery stały się dla chemików narzędziem równie ważnym, co probówki - jednak nie zastępują ich całkowicie. Wyniki doświadczeń modelowane są komputerowo, a komputerowe symulacje - sprawdzane doświadczalnie.

Niespełnionym na razie marzeniem Levitta pozostaje symulowanie działania całego organizmu na poziomie molekularnym.

Zainteresował Cię artykuł? Dołącz do nas na Facebooku!

PAP, lz

[fot: PAP/EPA]

Słowa kluczowe:

Nobel

,

nagroda

,

chemia

,

atom

Warto poczytać

  1. mid-epa05869554 25.03.2017

    Deklaracja Rzymska przyjęta na szczycie UE

    "Uczynimy Unię Europejską silniejszą i odporniejszą dzięki jeszcze większej jedności i solidarności”.

  2. duda-stefffek 25.03.2017

    Prezydent Duda w niedzielę udaje się do Słowenii

    Duda spotka się m.in. z prezydentem Borutem Pahorem i premierem Miro Cerarem.

  3. C7wc2aOW0AAjAVkjpg-large 25.03.2017

    Premier Szydło podpisała Deklarację Rzymską

    W czasie szczytu Unii Europejskiej zakończyła się właśnie ceremonia podpisania przez przedstawicieli państw członkowskich Deklaracji Rzymskiej.

  4. syria 25.03.2017

    Zginęło 16 osób w wyniku nalotu na więzienie w Syrii

    Co najmniej 16 osób zginęło w wyniku nalotu na więzienie w syryjskiej prowincji Idlib, która jest kontrolowana przez rebeliantów.

  5. opo-stefek 25.03.2017

    Białoruskie służby zatrzymały Uładzimira Niaklajeu

    Polityk wracał do białoruskiej stolicy ze spotkania w polskim Sejmie.

  6. mid-epa05868266 25.03.2017

    Papież Franciszek do przywódców UE

    Papież Franciszek mówił w piątek przywódcom krajów i instytucji UE, że nie jest ona zbiorem zasad, protokołów i procedur, których należy przestrzegać, ale życiem.

  7. mid-epa05867606 24.03.2017

    Marine Le Pen gościła u Putina

    Szefowa Frontu Narodowego przyznała, że jeśli wygra wybory, będzie rozważać, co mogłaby zrobić w celu szybkiego zniesienia sankcji unijnych wobec Rosji.

  8. mid-epa05867701 24.03.2017

    Turcja: Zatonęła łódź z migrantami

    - Co najmniej 11 osób zginęło w piątek w wyniku zatonięcia łodzi z migrantami u wybrzeży Turcji; cztery osoby uznaje się za zaginione - poinformowała turecka telewizja NTV.

CS141fotMINI

Czas Stefczyka 141/2017

PDF (4,89 MB)

pobierz najnowszy numer
archiwum numerów

Facebook