M. Karplusek, M. Levittek eta A. Warshelek jasoko dute Kimikako Nobel saria, erreakzio kimikoen ereduak garatzeagatik

Martin Karplus, Michael Levitt eta Arieh Warshel dira 2013ko Kimikako Nobel saridunak, Nobel Fundazioaren esanean “Newtonen fisika klasikoa eta errotik desberdina den fisika kuantikoa ondoz ondo lanean jartzeko bideak garatzeagatik”.

Erreakzio kimikoak ordenagailu bidez simulatzeko programak garatzen egin dute lan hiru sarituek. Gaur egun, kimika laborategietako ohiko tresna dira programa horiek, eta haien bidez simulatzen dira era guztietako erreakzio eta prozesu kimikoak, industrialak eta biologikoak. Programa horiek Karplusek, Levittek eta Warshelek 1970eko hamarkadan egindako lan iraultzailearen emaitza dira.

Iraultza fisika klasikoa eta fisika kuantikoa programa berdinean bateratzea izan zen. Izan ere, ordura arte, edo fisika klasikoan oinarritzen ziren programak, edo fisika kuantikoan oinarritzen zirenak aukeratu behar zituzten kimikariek. Eta bakoitzak bere abantailak eta mugak zituen.

Fisika klasikoan oinarritzen zirenek gaitasuna zuten molekula handiak kalkulatu eta prozesatzeko, onak ziren atomoak molekulatan nola kokatzen diren irudikatzeko, baina ezin ziren erabili erreakzio kimikoak irudikatu eta kalkulatzeko, erreakzio kimikoaren eskala fisika kuantikoaren eremua baita. Erreakzio kimikoak ordenagailuan irudikatzeko, fisika kuantikoaren teorian oinarritutako programetara jo behar zuten kimikariek, eta, hor, gaitasun konputazionala zen muga. Izan ere, ordenagailuak molekularen elektroi eta nukleo atomiko denak prozesatu behar zituen, eta, 1970eko hamarkadan, horrek praktikan esan nahi zuen oso molekula txikiak bakarrik simula zitzaketela ordenagailuz.

Bi munduen onena

Martin Karplusek, Michael Levittek eta Arieh Warshelek lan aintzindaria egin zuten erreakzio kimikoak simulatzeko ereduak garatzeko. Arg. Johan Jarnestad/Suediako Zientzien Errege Akademia

Karplusek, Levittek eta Warshelek bi munduen onena bildu zuten programa bakarrean. 1976an argitaratu zuten emaitza: programak fisika kuantikoaren ereduak aplikatzen zituen molekularen gune aktiboan, erreakzio kimikoa gertatzen den gunean, eta, fisika klasikoaren ereduak aktiboak ez diren molekularen eremuetan. Horrela, arrazoizko denbora eta ahalmen konputazionala baliatuz, erreakzio eta prozesu kimikoak ordenagailuan simulatzeko bidea ireki zuten.

Fisika klasikoak eta fisika kuantikoak Harvard Unibertsitatean egin zuten topo, 1970ean, doktore-tesia amaitu berritan Levitt Israeletik Estatu Batuetara mugitu eta Karplusen laborategian hasi zenean. Karplusen taldeak fisika kuantikoan oinarritutako ordenagailu-programak garatuak zituen, erreakzio kimikoak simulatzeko. Levittek, berriz, fisika klasikoan oinarritutako programa  bat garatu zuen Israelen —gaurko hirugarren saritu Warshelekin batera— era guztietako molekulenj ereduak egiteko gai zena, baita oso molekula biologiko handienak ere.

1970 eta 1972 artean, elkarrekin lanean aritu ziren Karplus eta Levitt, erretinako retinal molekula (A bitaminaren aldaera bat) eredu hartuta. Molekula horren ezaugarri bat da elektroi askeak dituela: elektroi horiek ez daude atomo jakin bati lotuta, eta molekulan barrena mugitzeko aske dira. Hain justu, argiak erretina jotzen duenean, elektroi horiek energia xurgatzen dute, eta, molekularen itxura aldatu egiten da. Molekula hura eredu hartuta, Karplusek eta Levittek programa erabat berritzailea garatu zuten: programak fisika kuantikoaren ereduak aplikatzen zituen elektroi askeen gaineko kalkuluak egiteko, eta fisika klasikoarenak gainerako elektroi eta nukleo guztienak egiteko. Lehen aldiz, programa eraginkor bakarrean bildu zituzten bi munduak. Ispilu simetria zuten molekulak bakarrik maneiatzeko gain zen, baina programa aitzindaria zen.

Hurrengo pausoa, eta, behin-betikoa, Levittek eta Warshelek eman zuten batera, 1972an Cambridgen berriz elkartu eta gero. Entzimak hartu zituzten aztergai, bizidunetan gertatzen diren erreakzio kimikoen eragileak, eta, 1976an erdietsi zuten helburua: erreakzio entzimatiko baten lehen ordenagailu-eredua argitaratu zuten. Eta hori egiteko garatutako programa unibertsala zen, hau da, edozein eratako molekulentzat balio zuen.