Kemian Nobel kolmelle mallintajalle

Julkaistu: 09.10.2013 / Markus Hotakainen

Vuoden 2013 kemian Nobel-palkinto myönnettiin kolmelle tutkijalle, Martin Karplusille (kuvassa oikealla), Michael Levittille (ylhäällä) ja Arieh Warshelille. He ovat kehittäneet tietokonemalleja, joilla tutkitaan mutkikkaita kemiallisia järjestelmiä ja niihin liittyviä prosesseja. Tutkijat loivat 1970-luvulla perustan, jonka turvin palloista ja tikuista rakennetut molekyylimallit voitiin korvata tietokonemallinnuksella.

Kemialliset prosessit ovat hyvin nopeita, joten klassisen kemian keinoin on käytännössä mahdoton seurata niiden jokaista yksittäistä vaihetta. Karplus, Levitt ja Warshel onnistuivat yhdistämään Newtonin mekaniikan ja kvanttifysiikan menetelmät .

Ensinmainitun etuna on laskujen yksinkertaisuus, mutta sen avulla voidaan tarkastella ainoastaan suuriin molekyyleihin liittyviä ilmiöitä eikä se sovellu kemiallisten reaktioiden yksityiskohtaiseen tutkimiseen.

Niiden kohdalla tutkijat joutuvat turvautumaan hyvin toisenlaisiin kvanttifysiikan metodeihin. Niiden haittapuolena on puolestaan vaatimus suuresta laskentatehosta, joten tutkimuskohteet rajoittuivat ainoastaan pieniin molekyyleihin.

Palkitut tutkijat kehittivät menetelmiä, joissa he pystyivät yhdistämään kummankin alueen parhaat puolet. Esimerkiksi lääkeaineen vaikutusta soluihin tai yhteyttämisen yksityiskohtia tutkitaan proteiinin atomien tasolla kvanttiteoreettisin laskelmin, kun taas kokonaista proteiinimolekyyliä mallinnetaan suoraviivaisemmalla klassisella fysiikalla.

Sattumoisin kaikki palkitut ovat kaksoiskansalaisia. Karplus on Yhdysvaltain ja Itävallan, Levitt Yhdysvaltain ja Ison-Britannian, ja Warshel Yhdysvaltain ja Israelin kansalainen. Kolmikko on tehnyt valtaosan tutkimustyöstään yhdysvaltalaisissa yliopistoissa. Tällä hetkellä Karplus työskentelee Harvardissa, Levitt Stanfordissa ja Warshel Etelä-Kaliforniassa. Karplussilla on lisäksi professuuri Strasbourgin yliopistossa Ranskassa.