miércoles, 23 de octubre de 2013

El Premio Nobel de Química 2013 y los modelos para sistemas químicos complejos

Publicado por Ciudad Universitaria Virtual de San Isidoro

El Premio Nobel de Química del año 2013 ha ido a parar a Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel, por su contribución al desarrollo de modelos multiescala para sistemas químicos complejos.

Premios Nobel de Química 2013

La Química se ha desarrollado muy rápidamente en los últimos cincuenta años en todos sus campos, pero el de la Bioquímica es quizás el más llamativo.

En estos últimos cincuenta años, en su primera mitad, la determinación de la estructura de la proteínas fue tal vez el campo donde se dieron los esfuerzos más grandes y de mayor avance. Los métodos estándar para analizar la estructura de las proteínas son la cristalografía de rayos X de cristales o la espectroscopía de RMN. Los programas informáticos que se utilizan para analizar el patrón de difracción a partir de una cristalografía de rayos X o los acoplamientos spin-spin obtenidos de un experimento de RMN nos ayudan a conocer la estructura y la interacción entre los átomos en el sistema. Sin embargo, no hay información experimental suficiente para determinar en profundidad la estructura de el sistema estudiado. Por eso, los ordenadores y los modelos teóricos se han convertido en herramientas esenciales para el químico experimental.

Hoy, la investigación química está centrada en la estructura. Los químicos buscan respuestas para preguntas de ¿Cómo sucede esto?, en vez de lo que hacían antes, buscarlas para la pregunta ¿A qué se parece esto?. Técnicas experimentales basadas en los isótopos o la espectroscopia de femtosegundo pueden dar pistas, pero rara presentan pruebas concluyentes para conocer un determinado mecanismo en sistemas con la complejidad que caracteriza muchos procesos químicos catalíticos y casi todos los procesos bioquímicos. Esto hace que los modelos teóricos sean una herramienta importante complementaria a las técnicas experimentales.

Los procesos químicos pasan por un estado de transición, en el que se produce una configuración con la energía libre más baja posible que hace posible la unión del producto con el reactivo. Este estado no es normalmente accesible mediante experimentación, pero hay métodos teóricos para la búsqueda de tales estructuras. Por consiguiente, los modelos teóricos son un complemento para los experimentales.

El trabajo de los galardonados se centra en el desarrollo de métodos utilizando la teoría mecánica clásica y cuántica, que se utilizan para modelar sistemas químicos y reacciones de caracter complejo. En el modelo de química cuántica de los electrones y los atómicos núcleos son las partículas de interés. En los modelos clásicos, son los átomos o grupos de átomos las partículas que centran la atención. Los modelos clásicos contienen mucho menos grados de libertad y que en consecuencia se evalúan mucho más rápido en un ordenador. El uso de los dos modelos ha constituido un gran avance científico.

El primer paso en el desarrollo de modelos multiescala se dio cuando llegó Arieh Warshel fue a visitar Martin Karplus a Harvard a principio de la década de los setenta. Demostrar que es posible crear métodos híbridos que combinan la ventajas de los métodos clásicos y cuánticos para describir los sistemas químicos complejos supone un enorme avance para conocer que es lo que de verdad ocurre a escala atómica y molecular. 

Este modelos teóricos ya se usan en la industria farmaceútica, para investigar sobre nuevos fármacos, y también para conocer  los secretos de la fotosíntesis, transformación química de dióxido de carbono a hidratos de carbono utilizando sólo la energía proporcionada por la luz solar, que posibilita la vida en la Tierra.

Misterios de la Naturaleza

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