Chemici dnes bežne využívajú na modelovanie chemických procesov, ako sú fotosyntéza, alebo čistenie výfukových plynov, počítače a moderný softvér. Romantická predstava chemika z detstva, skladajúceho plastický model chemickej reakcie, sa už tak môže zdať aj celkom komická.

Využívanie počítačového modelovania bolo už aj nevyhnutnosťou. Ku chemickým reakciám totiž dochádza rýchlosťou svetla. Elektróny preskakujú z jedného atómu na druhé v zlomku milisekundy. Klasická chémia tak mala veľký problém udržať krok. Je nemysliteľné experimentálne zmapovať každučký krok chemického procesu.

Tohtoroční držitelia Nobelovej ceny za chémiu Martin Karpulus, Michael Levitt a Arieh Warshel sú práve tí, ktorí položili prvé základy programov modelovania chemických procesov. Podľa Švédskej kráľovskej akadémie je počítačové modelovanie dnes kľúčové pre ďalší pokrok v tomto vednom odbore.

Práca laureátov je prelomová aj v tom, že sa im podarilo skĺbiť výskumné metódy, ktoré využívajú Newtonovu klasickú fyziku a tie, ktoré sú založené na značne odlišnej kvantovej fyzike. Predtým si museli chemici vybrať len jednu z týchto metód, pričom každá mala svoje limity.

Výhodou klasickej fyziky bolo, že výpočty boli jednoduché a mohli byť použité na modelovanie veľkých molekúl. Nevýhodou, že neumožňovala modelovať chemické reakcie.

Vtedy museli chemici siahnuť po kvantovej fyzike. Ale takéto výpočty mali zase enormné požiadavky a chemici to mohli využívať len pre malé molekuly.

Trojica Karpulus, Levitt a Warshel vymyslela metódy, založené na klasickej aj kvantovej fyzike. Napríklad taká simulácia chemického procesu drogy, ktorá sa spája s príslušným proteínom v ľudskom tele. Na simuláciu interakcie atómu cieľového proteínu s drogou sa využíva kvantová fyzika, zatiaľ čo pre zvyšok proteínu postačuje aj klasická fyzika.  

Dnes sa už počítač stal pre chemikov rovnako dôležitým nástrojom ako je skúmavka. Simulácie chemických procesov sú tak realistické, že dokážu predvídať výsledky niektorých tradičných experimentov, píše Švédska kráľovská akadémia.

Na správnom mieste v správny čas

Karplus má americké a rakúske občianstvo, Levitt americké a britské občianstvo a Warshel zase americké a izraelské občianstvo. S výskumom začali v 70. rokoch minulého storočia.

Levitt povedal agentúre AP, že ocenenie je uznaním práce, ktorú urobil už vo svojich dvadsiatich rokoch. „Bol som jednoducho na správnom mieste v správny čas a možno som mal niekoľko dobrých nápadov,“ myslí si. Podľa Levitta ide aj o uznanie počítačovej biológie, ktorá sa stala rozsiahlym odborom, ale dlho bola „chudobnejšou, či škaredšou sestrou experimentálnej biológie.“

Nobelova cena bezprostredne do jeho života zasiahne tak, že sa bude musieť prihlásiť do tanečnej školy kvôli plesu, ktorý bude súčasťou decembrového slávnostného udeľovania Nobelových cien. „To je veľký problém, ktorý teraz riešim,“ dodal.

Karplus berie ocenenie zase ako veľké zadosťučinenie. „Skrátka to trvalo, než svet naozaj spozoroval, že si takto môžeme hrať s atómami a urobiť z toho užitočné veci,“ povedal nemeckému rozhlasu z Cambridge. Karplus je pôvodom z Viedne, odkiaľ musela jeho židovská rodina utiecť pred Hitlerom.

V súčasnosti s počítačovými metódami, ktoré pomohli vyvinúť, pracujú tisícky univerzít a firiem. Pomáhajú napríklad aj pri vývoji liekov.

Science/ČTK