M. Karplus, M. Levitt i A. Warshel rebran el Premi Nobel de Química per desenvolupar models de reaccions químiques

2013/10/09 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Sariak
• Kimika

Martin Karplus, Michael Levitt i Arieh Warshel són els Premis Nobel de Química 2013, segons la Fundació Nobel, “pel desenvolupament de les vies per a posar en bon funcionament la física clàssica de Newton i la física quàntica radicalment diferent”.

Els tres premiats han treballat en el desenvolupament de programes de simulació per ordinador de reaccions químiques. En l'actualitat, aquests programes són una eina habitual en els laboratoris de química, mitjançant la qual se simulen tot tipus de reaccions i processos químics, industrials i biològics. Aquests programes són el resultat del revolucionari treball realitzat per Karplus, Levitt i Warshel en els anys 70.

La revolució va ser unificar la física clàssica i la física quàntica en un mateix programa. I és que fins llavors, o bé es basaven en la física clàssica, o bé els químics havien de triar programes basats en la física quàntica. I cadascun tenia els seus avantatges i limitacions.

Els que es basaven en la física clàssica tenien capacitat per a calcular i processar grans molècules, eren bons per a representar com es col·loquen els àtoms en les molècules, però no es podien utilitzar per a representar i calcular reaccions químiques, ja que l'escala de la reacció química és el camp de la física quàntica. Per a representar les reaccions químiques en l'ordinador, els químics havien de recórrer a programes basats en la teoria de la física quàntica, on la limitació era la capacitat computacional. De fet, l'ordinador havia de processar tots els electrons i nuclis atòmics de la molècula, la qual cosa, en la dècada de 1970, suposava en la pràctica que només podien simular per ordenador molècules molt petites.

El millor de dos mons

Karplus, Levitte i Warshel van recollir en un sol programa el millor de dos mons. El resultat va ser publicat en 1976: el programa aplicava models de física quàntica en l'àrea activa de la molècula, on es produeix la reacció química, i els models de física clàssica en els camps de la molècula no actius. Així, amb un temps raonable i una capacitat computacional, es va obrir la possibilitat de simular reaccions i processos químics en l'ordinador.

La física clàssica i la física quàntica es troben en la Universitat d'Harvard en 1970, quan Levitt, acabada d'acabar la seva tesi doctoral, es trasllada d'Israel als Estats Units i comença en el laboratori de Karplus. L'equip de Karplus havia desenvolupat programes d'ordinador basats en física quàntica per a simular reaccions químiques. Levitt, per part seva, va desenvolupar a Israel un programa basat en la física clàssica, capaç de modelar tot tipus de molècules, juntament amb el tercer premiat Warshel, i també les molècules biològiques més grans.

Entre 1970 i 1972 van treballar conjuntament Karplus i Levitt, prenent com a model la molècula retinal de la retina (una variant de la vitamina A). Una característica d'aquesta molècula és que té electrons lliures, que no estan units a un determinat àtom i que són lliures per a moure's per la molècula. Precisament quan la llum incideix sobre la retina, aquests electrons absorbeixen energia i el seu aspecte canvia. Prenent com a model aquesta molècula, Karplus i Levitt van desenvolupar un programa totalment innovador: el programa aplicava models de física quàntica per a fer càlculs sobre els electrons lliures i el de física clàssica per a fer els de tots els altres electrons i nuclis. Per primera vegada, els dos mons es van reunir en un únic programa eficaç. Era un programa pioner en el maneig de molècules amb simetria de miralls.

El següent pas, i el definitiu, va coincidir amb Levitte i Warshel, després de retrobar-se a Cambridge en 1972. Es van analitzar els enzims, les causes de les reaccions químiques que es produeixen en els éssers vius i es va perseguir l'objectiu en 1976: van publicar el primer model d'ordinador d'una reacció enzimàtica. I el programa desenvolupat per a això era universal, és a dir, per a qualsevol mena de molècula.

Els seus successors són els que s'utilitzen en l'actualitat. I el camí no ha acabat. Levitte té un somni, “poder simular per ordinador a un ésser viu a nivell molecular”.--> Llegir l'entrevista realitzada per Guillermo Roa d'Elhuyar en 2000 a

Martin Karplus