2013 Chemistry Nobel Prize
Martin Karplus 1930 Vienna Michael Levitt 1947 Pretoria Arieh Warshel 1940 Isael Cambridge USA Stanford USA Southern California USA
"for the development of multiscale models for complex chemical systems" . L’equazione di Schrödinger e i suoi problemi
[ +V(r1)+ V( r2)]
. r2 r1 H + H r 2
Per H e H2+ l’equazione di Schrodinger può essere risolta esattamente
2 1 1 . . . 2 . H He 2
..V( r1)+ V( r2) + V( r12) A causa della parte del potenziale legata all’interazione e-e ( V( r12) l’equazione di Schrodinger non può essere risolta esattamente. Si devono usare metodi approssimati I chimici hanno a che fare con atomi polielettronici, quindi…
H 1 elettrone
2 elettroni 3
~100
…. la chimica ha bisogno di metodi approssimati A complicare la + 1 elettrone situazione i chimici hanno 2 elettroni anche a che fare 18-26 elettroni con molecole, solidi e proteine
78- 360 elettroni
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infiniti elettroni infiniti elettroni 70000 elelttroni Dopo Schrödinger: una storia di calcolo approssimato lunga quasi 80 anni Walter Heitler , Fritz London first theoretical calculations in Linus Carl Pauling chemistry(valence bond theory) "for his research into the nature of 1954 the chemical bond and its John Clark Slater application to the elucidation of the Atomic orbitals of polyelectronic atoms structure of complex substances"
D. R.Hartree, V. A.Fock Robert S. Mulliken Self consistent field 1966 "for his fundamental work concerning chemical bonds and the electronic structure John Edward Lennard-.Jones of molecules by the molecular orbital method Linear combination of atomic orbitals LCAO Kenichi Fukui , Roald Hoffmann 1981 "for their theories … concerning the Erich Huckel course of chemical reactions ". LCAO method for Organic molecules Walter Kohn "for his development of the density- 1998 functional theory " John A. Pople First principles simulation codes for "for his development of computational periodic systems. (based on Hartree Fock methods in quantum chemistry" and density functional approaches ) ( CRYSTAL. CASTEP) Martin Karplus, Michael Levitt and Arieh Warshel Molecular mechanics and dynamics 2013 "for the development of multiscale methods for large biological molecules models for complex chemical based on force fields ( CHARMM systems " :Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics) Martin Karplus, Michael Levitt and Arieh Warshel
"for the development of multiscale models for complex chemical systems “
Un esempio di “complex system”: l’emoglobina
Emoglogina. Peso molecolare ~64000 . Circa 6000 atoni con circa 70000 elettroni Quattro subunità Un altro esempio di complex system: Mioglobina La dinamica molecolare applicata alla emoglobina: modificazioni confromazionali indotti dalla interazione
con O 2 Un’altra rappresentazione delle modificazioni conformazionali Diffusione di una molecola biatomica all’interno della mioglobina ottenuti mediante metodi di dinamica molecolare . ( tempi coinvolti sono per ora dell’ordine del nanoscondo) Lisozina e sua attività catalitica modellizzata con metodi di meccanica e dinamica molecolare In conclusione:
Martin Karplus, Michael Levitt and Arieh Warshel
Hanno avuto il merito di iniziare (Karplus) , credere e promuovere lo sviluppo di tecniche di calcolo adatte a sistemi biologici complessi , sfruttando le crescenti capacità di calcolo messe a dispozsizione dai moderni computers.
Questi metodi sono ormai divenuti un patrimonio generale .