Arxiu del dijous, 10/10/2013

Nobel de química. Calculant reaccions virtuals

dijous, 10/10/2013

Karplus.jpg Entendre com funciona una reacció química pot ser molt més complicat del que sembla. Ja és difícil amb reaccions senzilles, de molècules petites que impliquen nomes uns pocs àtoms. Per entendre el que passa quan reaccionen cal tenir en compte la mida dels àtoms, els electrons que envolten cada nucli, la manera com la presencia d’un àtom modifica la distribució dels electrons de l’àtom del costat, la manera com topen les dues molècules, la velocitat que porten, les càrregues elèctriques que els atreuen o repelen…

Si tot això complica els càlculs amb molècules senzilles, com ha de ser en grans molècules com les que es fan servir per dissenyar fàrmacs que s’han d’unir a proteïnes, a àcids nucleics o a grans macromolècules fetes per milers d’àtoms. Simplement, no teníem manera de fer-ho i era millor anar fent experiments al laboratori i mirar el que passava. Un sistema útil però poc eficient.

A més, hi havia un segon problema. Podem imaginar una proteïna com un grup de boletes petites que tenen determinades propietats, com la massa, la mida, la càrrega elèctrica… i segons això, intentar calcular com es comportarà. Però cal recordar que parlem d’àtoms, per tant, els fenòmens quàntics ja seran molt rellevants per interpretar i predir el seu comportament. Si ens centrem en la mecànica de tota la vida, els càlculs seran relativament senzills, assequibles als ordinadors, però poc exactes. Si abordem el problema amb els efectes quàntics, les prediccions serien molt millors, però resulten tan complexes que no les podem abordar amb la potència de càlcul disponible.

Els guanyadors del Premi Nobel de Química d’aquest any, Martin Karplus, Michael Levitt i Arieh Warshel, van trobar uns solució de compromís. Van dissenyar els sistemes per aplicar el millor de cada una de les dues aproximacions. Es podrien fer servir càlculs de mecànica clàssica per la major part de les grans molècules i deixar els càlculs amb física quàntica només per la part important de la molècula, per al reduït grup d’àtoms que participen directament en la reacció.

És com si intentéssim fer una foto d’una persona amb una càmera amb pocs píxels de resolució. L’estratègia seria deixem borrós el paisatge i el cos de la persona, però dediquem molts píxels a la cara de manera que al final sabrem de qui es tracta i si està content, enfadat o trist.

Amb aquesta aproximació es va poder començar a fer reaccions químiques de manera virtual. Ja no calia anar intentant-ho tot als tubs d’assaigs. Podíem descartar d’entrada medicaments que no funcionarien, sense necessitat de dedicar recursos als experiments de laboratori i centrar-nos en els que si que tenien possibilitats d’èxit. Les estratègies de Karplus, Levitt i Warshel van permetre començar a fer experiments químics de manera virtual. Ara, molts anys després, es poden aplicar les mateixes estratègies encara a més gran escala, intentant simular el comportament de vies metabòliques, de cèl·lules i, en un futur no massa llunya, fins i tot d’organismes sencers.