Как это трудится? Вопросом есть отправная точка для любого, кто переделывает двигатель, часы, либо при победителей этого года Нобелевской премии в химии, протеинах в отечественных органах. Сейчас, три Американских химика поделили приз этого года за развитие компьютерных моделей, показывающих, как другие составы и протеины подвергаются химическим реакциям.
Все три из лауреатов химии этого года натурализованы американские граждане. Мартин Карплус из университета Страсбурга и Гарвардского университета во Франции появился в 1930 в Вене и переехал в Соединенных Штатах перед неожиданным началом Второй мировой. Майкл Левитт из Медицинской школы Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, появился в Претории в 1947, и сейчас есть англичанином, США и израильским гражданином.
И Arieh Warshel университета южной Калифорнии в Лос-Анджелесе появился в 1940 в Кибуце Сд-Наум, Израиль, и все еще держит израильское гражданство.Три введенных в первый раз новых инструмента для изучения химии в движении.
К 1970-м у исследователей была добрая новая идея того, на что были похожи довольно много молекул, включая громадные протеины. Инструменты, такие как кристаллография рентгеновских лучей и спектроскопия ядерного магнитного резонанса обеспечили изображения молекул в ядерных подробностях.
Но те картины были статичны. Они не продемонстрировали запутанный танец атомов и электронов, включенных в ходе создания и ломающийся из химических связей.Чтобы изучить, как реакции имеют место, исследователи в середине 20-го столетия выстроили моделирования молекулярного перемещения. Моделирования забрали математические модели для сил между атомами и применяли их, чтобы вычислить, как молекулы скрепляют, двиньтесь и реагируйте.
Позднее, химики включили модели в машинные коды, которые имели возможность руководить более сложными моделированиями. К концу 1960-х было два таких подхода. Применяемое уравнение хорошей ньютоновой физики для связей движений и моделирования атомов в молекулах как шары, связанные веснами.
Потому, что этот подход был математически послушен для громадных количеств атомов, он разрешил исследователям моделировать протеины и другие громадные молекулы. В 1969, Levitt и Warshel, тогда оба в Университете Вейцмана в Rehovot, Израиль, созданный легко такая программа, которая имела возможность отследить перемещения протеинов и других громадных биомолекул. Но это не имело возможности вычислить трансформации в энергии, включенной, когда химикаты реагируют и формируют новые молекулы.
В это же время, в Гарварде, Karplus был глубоко запутан во втором подходе к моделированию, названному квантовой химией. Этот подход был намного лучше в моделировании перемещения электронов и ядерных ядр, вовлеченных в химические реакции. Но это было так в вычислительном отношении требовательно, что это было полезно лишь в ответе поведения мелких молекул.
Упрочнение объединить классические мировоззрения и квант “было достаточно естественной прогрессией”, говорит Левитт. В 1970 Warshel посетил лабораторию Карплуса и принес его хорошую программу с ним.
Два не так долго осталось ждать выстроили программу, сварившую их подходы, разглядывая мобильные электроны — названный электронами пи — с квантовой атомными ядрами и химической обработкой с хорошим подходом. Они тогда применяли это для вычисления поведения линейных органических молекул. Не обращая внимания на то, что молекулы были гораздо меньшими, чем протеины, моделирование отметило первое успешное строительство гибридной модели.
Программа Карплуса и Вошеля трудилась лишь на плоские «плоские» молекулы. Но в 1976, Warshel и Levitt проконтролировали его с более неспециализированным подходом и продемонстрировали, что это трудилось на моделирование поведения лизозима протеина, противобактериальный состав, что первенствовал ферментом, что решит его структуру дифракцией рентгеновских лучей. “Приз признает разработки, начавшиеся более чем 40 лет назад, которые все еще отражаются сейчас через биологии и большую часть химии”, говорит Клаус Шултен, компьютерный специалист по моделированию в Университете Иллинойса, Равнине Урбаны.
Сейчас, та реверберация включает связанные гибридные «мультимасштабные модели», способные к моделированию больше чем 4 миллионов атомов, которые исследователи применяют для раскрытия сложной химии, вовлеченной во все из перевода генов в протеины к конверсии солнечного света в химическое горючее, которое есть в базе фотосинтеза. Такие процессы так сложны, Шултен и другие говорят, что их нереально изучить без компьютеров.
Сейчас, тысячи исследователей поглощены работой в области. Но, Шултен говорит, Нобелевский Комитет разобрался в нем: “Если Вы должны были выбрать кого-то, я пологаю, что существует добрый случай, что будет сделан этим, эти три были верным выбором”.
Не обращая внимания на это, Вошель говорит, что был осмотрителен, когда он достиг для звонящего телефона этим утром в 2:00, “Я проверил, чтобы видеть, говорили ли они в шведском выговоре лишь, чтобы быть уверенными”.