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Karplus
pertenecía, claramente, al mundo cuántico. Su grupo de
investigación desarrolló programas que simulaban
reacciones químicas con la ayuda de la física cuántica.
Arieh Warshel
llegó al laboratorio de Karplus en 1970. Había realizado
su doctorado en el Weizmann Institute of Science, en
Rehovot, Israel. Arieh Warshel y Michael Levitt habían
desarrollado un programa innovador basado en las teorías
clásicas. El programa permitía modelar todas clase de
moléculas, incluso grandes moléculas biológicas.
Cuando Arieh
Warshel se unió a Martin Karplus en Harvard, trajo su
programa informático clásico con él. Utilizándolo como
punto de partida, Karplus y él empezaron a desarrollar un
nuevo tipo de programa que realiza diferentes tipos de
cálculos según los diferentes electrones.
En la mayoría
de las moléculas cada electrón orbita alrededor de un
núcleo atómico. Pero en algunas moléculas, ciertos
electrones, pueden moverse libremente entre varios núcleos
atómicos, son los llamados "electrones libres".
Después de dos
años en Harvard, Arieh Warshel se reunió con Michael
Levitt. Levitt había usado su programa informático
clásico con el fin de obtener una mejor comprensión del
aspecto de las moléculas biológicas. La limitación, sin
embargo, seguía ahí: sólo era posible examinar las
moléculas en un estado de reposo.
Levitt y
Warshel apuntaron alto. Querían desarrollar un programa
que pudiera ser utilizado para estudiar las enzimas, las
proteínas que regulan y facilitan las reacciones químicas
en los organismos vivos.
Para poder
simular reacciones enzimáticas Levitt y Warshel deberían
lograr que la física clásica y la cuántica colaboraran más
estrechamente. Les llevaría varios años superar todos los
obstáculos. En 1976 alcanzaron su meta y publicaron el
primer modelo computerizado de una reacción enzimática. Su
programa fue revolucionario porque podía ser utilizado con
cualquier tipo de molécula. El tamaño ya no era un
problema para simular las reacciones químicas.
Cuando los
químicos modelizan actualmente procesos químicos, aplican
la energía donde es necesario. Realizan complicados
cálculos cuánticos con los electrones y núcleos atómicos
que intervienen en el proceso. De esa manera, consiguen la
mejor resolución donde es importante. Las otras partes de
las moléculas se modelan usando ecuaciones clásicas.
Para no perder
capacidad de computación Michael Levitt y Arieh Warshel
han disminuido la carga de cálculo aún más. El ordenador
no tiene que dar cuenta de cada átomo en las partes menos
interesantes de la molécula. Han demostrado que es posible
juntar varios átomos durante los cálculos.
En los
cálculos modernos los científicos añaden una tercer nivel
de simulación. Dicho de una manera simplificada el
ordenador puede agrupar átomos y moléculas en una sola
masa homogénea, para zonas alejadas de los procesos
químicos. En lenguaje científico esto se denomina medio
dieléctrico.
Hoy, cuando los científicos
modelan procesos moleculares, aplican el poder de los
ordenadores donde se necesita. En el corazón del sistema
se realizan cálculos cuánticos. Más lejos del centro de
atención los cálculos están basados en la física clásica,
y en las zonas más alejadas, los átomos y las moléculas
son tratados como una masa homogénea. Estas
simplificaciones permiten realizar cálculos con sistemas
químicos muy grandes.
El hecho de
que los científicos hoy día puedan utilizar computadoras
para llevar a cabo experimentos, nos ha llevado a un mejor
conocimiento de cómo transcurren los procesos químicos. La
importancia de los métodos que han desarrollado Martin
Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel estriba en que son
universales. Pueden ser utilizados para el estudio de toda
clase de compuestos químicos, desde las moléculas de la
vida, hasta los procesos químicos industriales. Los
científicos pueden así optimizar las células solares,
los catalizadores en los vehículos a motor o los medicamentos, por
poner unos pocos ejemplos. |
