Il Nobel per la Chimica a Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel

Il premio Nobel per la Chimica 2013 è stato assegnato a Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel per i loro studi “sullo sviluppo di modelli multiscala per i sistemi chimici complessi”.

Karplus, Levitt e Warshel hanno posto le basi per i programmi usati oggi in tutto il mondo per comprendere e prevedere i processi chimici. I modelli realizzati al computer in chimica sono diventati una risorsa fondamentale per la ricerca, soprattutto negli ultimi anni.

– Martin Karplus è nato a Vienna, in Austria, nel 1930 e ha conseguito il dottorato al California Institute of Technology (Stati Uniti) nel 1953. È docente presso l’Università di Strasburgo in Francia e presso l’Università di Harvard.
– Michael Levitt è nato nel 1947 a Pretoria, in Sudafrica, e ha cittadinanza statunitense, britannica ed israeliana. Ha conseguito il dottorato nel 1971 presso l’Università di Cambridge (Regno Unito) ed è docente presso la Stanford University in California.
– Arieh Warshel è nato nel 1940 in Israele e ha conseguito il dottorato nel 1969 presso l’Istituto Weizmann di Scienze israeliano. È docente presso la University of Southern California (Stati Uniti).

Le reazioni chimiche si verificano ad altissima velocità, in pochi millisecondi gli elettroni si spostano da un atomo all’altro, e la chimica classica ha sempre faticato nel tenere sotto traccia simili reazioni. Mappare ogni singolo passaggio di un processo chimico si è rivelato per lungo tempo un’operazione impossibile da realizzare. Grazie agli studi di Karplus, Levitt e Warshel è stato possibile realizzare modelli e programmi computerizzati che permettono di vedere al rallentatore le reazioni chimiche, prevedendo anche la loro evoluzione.

I tre ricercatori sono riusciti nell’impresa molto complicata di sfruttare contemporaneamente la fisica classica (spazio e tempo considerate entità assolute) e la più complessa fisica quantistica. Prima dell’elaborazione del loro sistema, i chimici dovevano scegliere quale delle due usare per i loro studi ed esperimenti. La fisica classica aveva dalla sua il fatto di avere calcoli relativamente semplici da fare e quello di potere essere usata per modellare molecole molto grandi. Per contro, aveva lo svantaggio di non offrire soluzioni per simulare le reazioni chimiche. I chimici risposero a questa esigenza utilizzando la fisica quantistica. Ma questa richiedeva calcoli molto più complessi e una grande capacità di calcolo automatica tramite i computer e poteva quindi essere condotta su molecole molto piccole.

Karplus, Levitt e Warshel sono riusciti a trarre il meglio dai due sistemi, mettendoli insieme. Semplificando, nella simulazione di come si comporta un farmaco quando si lega a determinate proteine nel nostro organismo, il computer esegue calcoli quantistici molto complessi sugli atomi presenti nelle proteine che interagiscono con il farmaco. Le altre parti della proteina sono simulate, sempre al computer, utilizzando la fisica classica, che richiede calcoli meno complessi. In questo modo la simulazione permette di avere dati accurati e di contenere al tempo stesso le risorse necessarie per effettuarla.

Negli anni i sistemi ideati da Karplus, Levitt e Warshel sono stati ulteriormente affinati. Oggi in laboratorio il computer è tanto importante quanto lo sono le provette e il resto delle strumentazioni per effettuare gli esperimenti. I modelli di calcolo informatici di solito prevedono con ottima approssimazione l’esito di un esperimento in provetta.

foto: AP Photo/Claudio Bresciani