Внимание абитуриентов! Объявляется дополнительный набор на заочное отделение по специальности техник-электрик

23.10.2020 в 11:36
Нобелевская премия по химии присуждена за компьютерное моделирование химических процессов
Нобеля дали за компьютерную программу
Первопроходцев компьютерного моделирования в химии удостоили престижной премией

Текст: Александр Сотов

В среду в Стокгольме Нобелевский комитет присудил премию по химии Мартину Карплюсу, Майклу Левитту и Ари Уоршелу "за развитие моделей сложных химических систем". Награда снова ушла ученым, которые работают в США. Да и направление, созданное "нобелевской тройкой", можно считать "американским" - компьютерное моделирование химических процессов.

"Раньше химики создавали модели молекул с помощью пластиковых шаров и прутьев, - говорится в пресс-сообщении Шведской королевской академии наук. - Сегодня моделирование производится с помощью компьютеров. В 1970-е года именно Карплюс, Левитт и Уоршел заложили основы мощных программ, которые применяются для изучения и прогнозирования химических реакций".

Не будь компьютерного моделирования, не было бы и современной химии. По сути, лауреатам удалось примирить ньютонову механику с физикой квантовой, объясняют в Нобелевском комитете. Раньше химики полагались на классическую физику при моделировании больших молекул, что не позволяло моделировать собственно химические реакции - этой цели служила уже квантовая физика, которая, впрочем, требовала колоссальных вычислений, ограничивая сферу своего применения малыми молекулами.
Онлайн-трансляция вручения Нобелевской премии по химии

"Мы начали с того, что хотели понять, как работает протеин", - рассказал Уоршелл во время прямой связи со Стокгольмом. Для этого сперва пришлось "навести порядок" в моделировании. К примеру, чтобы понять, как лекарство вступает в реакцию с тем или иным белком в организме, нужно вычислить, как атомы протеина взаимодействуют с лекарственным веществом. Затем уже подключается классическая физика, описывающая поведение самого протеина. Просто? - Отнюдь нет, ведь одна-единственная молекула белка может содержать десятки тысяч атомов. И всего лишь несколько из них участвуют в процессе, да еще реагируя на окружающую среду. Какие именно? - Без компьютера на этот вопрос не ответить. Вернее, без специального программного обеспечения, позволяющего интерактивно наблюдать за виртуальной реакцией, как если бы она происходила "на самом деле", в пробирке.
Путь в несколько десятилетий

Но это сейчас, а 40 лет назад такого не было. Первые шаги сделал Карплюс, чья исследовательская группа в Кэмбридже в 1970-х годах работала над квантовым моделированием. Так, кстати, появилось "уравнение Карплюса", использующееся в магнитно-резонансном томографе. Поработав с Карплюсом, Уоршел, стремившийся создать вычислительную модель больших молекул, обратился к Левитту, тогдашнему непревзойденному эксперту по биологическим молекулам. Несколько лет ушло на создание первой программы для изучения энзимов - модель была опубликована в 1976-м году. Вскоре стало понятно, что метод оказался универсальным, и сегодня наука располагает инструментарием для "симуляции" и молекул жизни, и промышленных химических процессов.
Журналистов разочаровало решение Нобелевского комитета

Итак, путь к Нобелю в несколько десятилетий. А как же наши соотечественники - бывшие или нынешние? Неужели у нас так и будет всего один нобелевский лауреат по химии? С подачи влиятельного агентства Thomson Reuter к числу фаворитов на соискание премии в этом году причисляли Валерия Фокина, который в настоящее время работает в США. Сегодня стало ясно, что звездный час нового модульного подхода к химическому синтезу - "клик-химии" - среди создателей которой Фокин, а также американцы Барри Шарплессом и М.Г. Финн, - еще не пришел. Фокин на это сказал журналистам, что ему просто "нравится заниматься наукой" и что "рейтинги ничего не значат". Да и награды, по большому счету, тоже.
Заслуга, доказанная временем

Доктор физико-математических наук, профессор химического факультета МГУ Вадим Еремин:

- Тем, что разработали в 1970-ы годы нобелевские лауреаты, сейчас пользуются все аспиранты и многие студенты. Причем молодые люди владеют этими методами намного лучше, чем три человека, стоявшие у их истоков. Премия в этом году была пристуждена за достижение, проверенное временем и уже не одним поколением химиков-теоретиков.

По сути, они научились рассчитывать на компьютере сложные химические молекулы и их движение. Описать процессы, происходящие в веществе, можно по законам классической физики или квантовой физики. Но в первом случае модель получится не совсем полной. А во втором – ее нельзя будет решить – квантовые уравнения слишком сложны даже для современных компьютеров.

Мартин Карплюс, Майкл Левитт и Ари Уоршел исследовали белки. Они заметили, что в реакции участует не вся молекула (у белков они очень большие), а только несколько атомов, такая своеобразная группа захвата. Тогда они придумали поведение всей молекулы описывать более простыми формулами классической физики, а группы захвата – квантовой. Проверили – расчеты оказались идеально точны.

Сейчас все работы химиков-теоретиков выполняют с использованием инструмента, который почти 40 лет назад открыли три сегодняшних нобелевских лауреатов. Теперь их вклад в науку оценил и Нобелевский комитет.

Подготовил Алексей Дуэль
Просмотров: 672. Всего комментариев: 0
Имя *:
Email:
Подписка:1
Код *: