Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Нобелевская премия по химии: ода компьютеру

Нобелевскую премию по химии 2013 года присудили за «разработку многомасштабных моделей для сложных химических систем».

Лауреатами стали Мартин Карплюс (Martin Karplus, Страсбургский университет и Гарвардский университет, Франция - США), Майкл Левитт (Michael Levitt, Стенфордский  университет, США) и Ари Уоршел (Arieh Warshel, Университет Южной Калифорнии, США). Ещё в 1970-х годах они заложили основу для мощных компьютерных программ, с помощью которых химики смогли моделировать, изучать и даже прогнозировать протекание многих сложных химических процессов. В числе таких процессов – фотосинтез в зелёных растениях, каталитическая очистка выхлопных газов двигателя, взаимодействие лекарств с молекулами тех или иных белков (белков-мишеней) в организме.
Химические реакции протекают молниеносно. За доли миллисекунд электроны «перепрыгивают» от одного атомного ядра к другому, что практически невозможно наблюдать в эксперименте. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2013 года разработали методы, позволившие изучить эти скрытые от глаза экспериментатора процессы.

Мартин Карплюс.
Мартин Карплюс.
Майкл Левит.
Майкл Левит.
Ари Уоршел.
Ари Уоршел.

Революционность работы нобелевских лауреатов заключается в том, что они смогли связать воедино ньютоновскую классическую механику (описывающую макрообъекты) с квантовой физикой. Ранее химики, изучая реакции, должны были делать выбор, методами какой из этих двух наук им оперировать. Преимущество классической физики – в простоте расчётов, также с её помощью можно описывать большие молекулы – макромолекулы. Однако она не годится для моделирования химических реакций – здесь уже необходимо брать на вооружение квантовую физику. Однако квантово-химические расчёты крайне сложны и требуют очень мощных компьютеров, из-за чего выполняются лишь для небольших молекул.

  Мартин Карплюс, Майкл Левит и Ари Уоршел разработали (вычислительные) методы, в которых используются и классическая, и квантовая физика. Теперь, моделируя, например, взаимодействие лекарственной молекулы с белком-мишенью в организме, компьютер выполняет квантово-химические расчёты только для тех атомов в молекуле белка, которые непосредственно взаимодействуют с молекулой лекарства. Остальная часть большой белковой молекулы описывается методами классической физики.  
Сегодня компьютер стал важнейшим инструментом в работе химиков наряду с экспериментальными установками. Выполняемое с его помощью моделирование процессов столь точно, что оно позволяет прогнозировать результат реального эксперимента. Нобелевский комитет так и озаглавил свой пресс-релиз: «Компьютер – ваш Вергилий в мире атомов», то есть, попросту – волшебник.

По информации Нобелевского комитета
Фото Wikimedia Commons

Автор: Татьяна Зимина

Источник: www.nkj.ru