M. Karplus, M. Levitt e A. Warshel recibirán o Premio Nobel de Química por desenvolver modelos de reaccións químicas

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

• Sariak
• Kimika

Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel son os Premios Nobel de Química 2013, segundo a Fundación Nobel, “polo desenvolvemento das vías paira pór en bo funcionamento a física clásica de Newton e a física cuántica radicalmente diferente”.

Os tres premiados han traballado no desenvolvemento de programas de simulación por computador de reaccións químicas. Na actualidade, estes programas son una ferramenta habitual nos laboratorios de química, mediante a cal se simulan todo tipo de reaccións e procesos químicos, industriais e biolóxicos. Estes programas son o resultado do revolucionario traballo realizado por Karplus, Levitt e Warshel nos anos 70.

A revolución foi unificar a física clásica e a física cuántica nun mesmo programa. E é que até entón, ou ben se baseaban na física clásica, ou ben os químicos debían elixir programas baseados na física cuántica. E cada un tiña as súas vantaxes e limitacións.

Os que se baseaban na física clásica tiñan capacidade paira calcular e procesar grandes moléculas, eran bos paira representar como se colocan os átomos nas moléculas, pero non se podían utilizar paira representar e calcular reaccións químicas, xa que a escala da reacción química é o campo da física cuántica. Paira representar as reaccións químicas no computador, os químicos debían recorrer a programas baseados na teoría da física cuántica, onde a limitación era a capacidade computacional. De feito, o computador debía procesar todos os electróns e núcleos atómicos da molécula, o que, na década de 1970, supuña na práctica que só podían simular por ordenador moléculas moi pequenas.

O mellor de dous mundos

Karplus, Levitte e Warshel recolleron nun só programa o mellor de dous mundos. O resultado foi publicado en 1976: o programa aplicaba modelos de física cuántica na área activa da molécula, onde se produce a reacción química, e os modelos de física clásica nos campos da molécula non activos. Así, cun tempo razoable e una capacidade computacional, abriuse a posibilidade de simular reaccións e procesos químicos no computador.

A física clásica e a física cuántica atópanse na Universidade de Harvard en 1970, cando Levitt, recentemente terminada a súa tese doutoral, trasládase de Israel a Estados Unidos e comeza no laboratorio de Karplus. O equipo de Karplus desenvolvera programas de computador baseados en física cuántica paira simular reaccións químicas. Levitt, pola súa banda, desenvolveu en Israel un programa baseado na física clásica, capaz de modelar todo tipo de moléculas, xunto co terceiro premiado Warshel, e tamén as moléculas biolóxicas máis grandes.

Entre 1970 e 1972 traballaron conxuntamente Karplus e Levitt, tomando como modelo a molécula retinal da retina (una variante da vitamina A). Una característica desta molécula é que ten electróns libres, que non están unidos a un determinado átomo e que son libres paira moverse pola molécula. Precisamente cando a luz incide sobre a retina, estes electróns absorben enerxía e o seu aspecto cambia. Tomando como modelo esta molécula, Karplus e Levitt desenvolveron un programa totalmente innovador: o programa aplicaba modelos de física cuántica paira facer cálculos sobre os electróns libres e o de física clásica paira facer os de todos os demais electróns e núcleos. Por primeira vez, os dous mundos reuníronse nun único programa eficaz. Era un programa pioneiro no manexo de moléculas con simetría de espellos.

O seguinte paso, e o definitivo, coincidiu con Levitte e Warshel, tras reencontrarse en Cambridge en 1972. Analizáronse as encimas, as causas das reaccións químicas que se producen nos seres vivos e perseguiuse o obxectivo en 1976: publicaron o primeiro modelo de computador dunha reacción encimática. E o programa desenvolvido paira iso era universal, é dicir, paira calquera tipo de molécula.

Os seus sucesores son os que se utilizan na actualidade. E o camiño non terminou. Levitte ten un soño, “poder simular por computador a un ser vivo a nivel molecular”.--> Ler a entrevista realizada por Guillermo Roia de Elhuyar en 2000 a Martin Karplus