Martin Karplus, Michael Levitt i Arieh Warshel z chemicznym Noblem

Martin Karplus, Michael Levitt oraz Arieh Warshel podzielą się po równo 8 milionami koron szwedzkich (równowartość około 919 tys. euro, 4 mln złotych) – postanowiła Szwedzka Królewska Akademia Nauk. Uroczyste wręczenie tegorocznych nagród nastąpi 10 grudnia w Sztokholmie.

Werdykt ogłosił w stolicy Szwecji Komitet Noblowski. Laur przyznano za „opracowanie wielkoskalowych modeli złożonych systemów chemicznych". W uzasadnieniu na pierwszym miejscu znalazło się stwierdzenie, że wyróżnieni badacze „stworzyli podstawy pod potężne programy, których używamy, aby zrozumieć i przewidywać procesy chemiczne".

Jeszcze w latach 70. podczas tworzenia modeli cząsteczek chemicy posługiwali się „dziecinnymi" przyborami: kartką papieru i kolorowymi kredkami, plastikowymi kulkami i patyczkami. Obecnie proces modelowania odbywa się z udziałem komputerów. Pozwala to odwzorowywać prawdziwe procesy, podczas ich studiowania nie trzeba już oddzielać zjawisk opisywanych za pomocą klasycznej fizyki newtonowskiej od zjawisk rozpatrywanych w kategoriach fizyki kwantowej. W żywych organizmach taki podział faktycznie nie występuje. W rezultacie – czytamy w uzasadnieniu – stało się to prawdziwą dźwignią rozwoju współczesnej chemii.

Reakcje chemiczne zachodzą tak szybko, że nie udaje się bezpośrednio obserwować każdego ich etapu. Aby modelować reakcje chemiczne, komputerowe modele musiały łączyć zasady klasycznej fizyki z regułami fizyki kwantowej. W pierwszym przypadku obliczenia są stosunkowo łatwe, można je stosować do dużych cząsteczek – ale tylko w stanie spoczynku. Pod wpływem przepływu energii cząsteczki się zmieniają, dlatego do opisu potrzebna jest mechanika kwantowa. Jednak w jej przypadku obliczenia muszą uwzględniać zachowanie każdego jądra atomowego i każdego elektronu z osobna. Z tego względu są wręcz niewiarygodnie skomplikowane i możliwe do zastosowania tylko w przypadku małych cząsteczek. Tegoroczni nobliści połączyli oba rodzaje obliczeń.

Martin Karplus już na długo przed przyznaniem mu Nagrody Nobla podkreślał, że komputer stał się dla chemika narzędziem równie podstawowym jak probówka, a symulacje komputerowe są tak realistyczne, że na ich podstawie można przewidywać rezultaty doświadczeń przeprowadzanych w tradycyjny sposób. Dzięki osiągnięciom tegorocznych noblistów moce obliczeniowe komputera nie są marnowane. Obecne programy modelują zachowanie cząsteczek na różnych poziomach: atomy o kluczowym znaczeniu modelowane są według zasad mechaniki kwantowej, mniej ważne – metodami fizyki klasycznej. Zastosowanie modeli złożonych systemów chemicznych jest nieograniczone, potrzebują ich naukowcy, ale także inżynierowie praktycy i przemysł do wytwarzania lepszych katalizatorów, lekarstw czy komórek baterii słonecznych.

Tegoroczni laureaci są postaciami znanymi w nauce światowej. Martin Karplus wprowadził tzw. równanie Karplusa wykorzystane w badaniach przy obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Michael Levitt oraz Arieh Warshel pierwsi dokonali w 1976 roku informatycznej symulacji reakcji enzymatycznej – białek reagujących w obrębie żywych komórek.

Trzej nagrodzeni uczeni, mimo że chemicy, pracują na pograniczu biologii, zajmują się białkami. Martin Karplus bada zwijanie się białek, czyli długich łańcuchów tworzących w przestrzeni zbite struktury. Michael Levitt zajmuje się przewidywaniem struktur przestrzennych, jakie przyjmują aminokwasy. Arieh Warshel tworzy programy pokazujące związki między strukturami liniowymi i strukturami przestrzennymi białek.

Ich prace okazały się na tyle istotne, że w tegorocznym komunikacie Komitetu znalazło się stwierdzenie, że to właśnie osiągnięcia laureatów zdecydowały o ogromnym postępie, jaki dokonał się w ostatnim czasie w dziedzinie chemii eksperymentalnej. I to wszystko prawie bez probówek, lecz z wykorzystaniem komputera.

Sylwetki laureatów

Martin Karplus

Uniwersytet w Strasburgu

Urodził się w Wiedniu w 1930 roku. Jako ośmiolatek wyjechał wraz z rodzicami do Stanów Zjednoczonych, ma obywatelstwo tego kraju. Studiował najpierw w prestiżowym Uniwersytecie Harvarda, a potem w nie mniej znanym California Institute of Technology – Caltech. Tam zetknął się z uczonym światowej sławy, fizykiem i chemikiem Linusem Paulingiem, dwukrotnym noblistą – pod jego kierunkiem uzyskał doktorat w 1953 roku.

W rodzinie nie tylko on przejawiał zamiłowania i uzdolnienia naukowe, wysoko zaszedł także jego brat Robert, był profesorem fizyki Uniwersytetu Berkeley w Kalifornii. Martin Karplus miał szczęście uczyć się od najlepszych, jako stypendysta Uniwersytetu Oksfordzkiego pracował pod okiem słynnego chemika teoretyka Charlesa Coulsona. Nie pozostał w Europie, po powrocie do USA objął stanowisko profesora chemii Uniwersytetu Harvarda. Ale Europa też z niego nie zrezygnowała, w 1966 roku zaczął współpracę z Uniwersytetem Louisa Pasteura w Strasburgu, którą kontynuuje do dziś, już jako emeryt. Jego pasją jest fotografia. Podróżuje po Ameryce, Europie i Azji, portretując ludzi i utrwalając przyrodę, jest autorem kilku wystaw. Niedawno zmienił leicę model III C z 1950 roku na nowoczesny aparat Canon. Przyznaje, że dzięki niemu poznał zupełnie nowe oblicze fotografii.

k.k.

Michael Levitt

Uniwersytet Stanforda

Naukowa kariera Michaela Levitta to najlepszy dowód na to, że upór połączony z talentem prowadzi prostą drogą na szczyt. Urodził się w 1947 roku w Pretorii w RPA. Wyjechał do Wielkiej Brytanii i uczył się w King's College London. Po ukończeniu tej szkoły koniecznie chciał się dostać do Laboratorium Biologii Molekularnej w Cambridge. Ale szefowie laboratorium... odrzucili jego podanie. Kierowany przez noblistę Maxa Perutza ośrodek dawał Levittowi niepowtarzalną szansę na pracę pod okiem najwybitniejszych i obsypywanych nagrodami biochemików świata (m.in. Francisa Cricka i samego Perutza).

?Dlatego uprzejme odmowy uczelni nie podziałały. Levitt pojechał do Cambridge i tak długo czekał przed gabinetem Perutza, aż ten go wreszcie wysłuchał. W 1967 roku został przyjęty i natychmiast wysłany do Izraela. Tam poznał Arieha Warshela, z którym wspólnie opracowali komputerowy system modelowania dużych cząsteczek.

Levitt ma trzy obywatelstwa – USA, Wielkiej Brytanii i Izraela. Sam podkreśla, że właśnie Izrael miał ogromny wpływ na jego życie. Tu rozpoczęła się jego prawdziwa kariera naukowa, tu poznał przyszłą żonę – Rinę. Ożenił się z nią w 1968 roku, mają troje dzieci. Dziś Micheal Leviit jest profesorem na Wydziale Medycyny Uniwersytetu Stanforda – zajmuje się biologią strukturalną. Jest również profesorem nauk komputerowych.

Peka

?Arieh ?Warshel

Uniwersytet Południowej Kalifornii

Choć dziś ma obywatelstwo amerykańskie, urodził się w kibucu Sde Nahum w 1940 roku, osiem lat przed powstaniem państwa Izrael. Jego życiorys jest typowy dla izraelskiego chłopaka. Najpierw służba wojskowa, potem studia. W armii dosłużył się stopnia kapitana. Studiował chemię na najstarszej uczelni technicznej w kraju – Izraelskim Instytucie Technologii Technion w Hajfie. Dyplom licencjata odebrał w 1966 roku.