Prêmio Nobel de Química de 2013

     Martin Karplus (1930-), Michael Levitt (1947-) e Arieh Warshel (1940-) foram agraciados com o Prêmio Nobel de Química de 2013.
     Os métodos que começaram a ser desenvolvidos por eles, ainda na década de 1970, tornaram possível mapear os misteriosos caminhos de reações químicas, usando computadores. 
     Mapear e entender bem como ocorrem certas reações químicas pode ser imensamente importante para todos. Como exemplo, se você entender bem como acontece o processo de fotossíntese, pode vir a criar o mesmo processo artificialmente. A reação química que ocorre nas folhas reabastece a atmosfera de oxigênio e é um dos pré-requisitos para a vida na Terra. Se você consegue imitar a fotossíntese, certamente será capaz, entre outras coisas, de criar células solares mais eficientes.
     As moléculas de proteínas que governam o processo de fotossíntese são gigantescas, consistindo de dezenas de milhares de átomos. Em algum lugar no meio delas, há uma pequena região chamada de centro de reação. É lá onde as moléculas de água são divididas. No entanto, somente alguns átomos estão diretamente envolvidos na reação. E o que cada átomo faz? De algum modo, elétrons devem ser extraídos de cada molécula de água e prótons devem ir para algum lugar. O que acontece? Como acontece?
     Os detalhes desse processo são, virtualmente, impossíveis de serem mapeados usando métodos tradicionais de química. Muitas coisas acontecem em frações de milissegundos. Quando a luz do sol atinge uma folha, as proteínas se enchem de energia e toda a estrutura atômica é modificada. Para entender a reação química, você precisa saber como se parece esse “estado excitado” do sistema. Aí que entram os programas computacionais desenvolvidos pelos premiados desse ano. E o que há de tão especial nesses programas computacionais?
     Antigamente, quando os cientistas queriam modelar moléculas em computadores, eles tinham à disposição programas baseados na física clássica newtoniana ou baseados na física quântica. Ambos os tipos têm suas vantagens e desvantagens. A química clássica e a química quântica são dois mundos fundamentalmente diferentes e, muitas vezes, conflitantes. Porém, Karplus, Levitt e Warshel abriram uma porta entre esses dois mundos. Em seus modelos computacionais, Newton e sua maçã colaboram com Schrödinger e seu gato.

No coração do sistema, os cálculos são baseados na física quântica. Longe da ação efetiva, eles são baseados na física clássica. Ainda mais longe, átomos e moléculas são agregados em uma massa homogênea (meio dielétrico).

     Graças aos três premiados, os químicos, atualmente, podem aplicar o tempo e a potência de computadores onde é necessário. Podem realizar cálculos de física quântica nos elétrons e núcleos atômicos que impactam diretamente o processo químico. Assim, conseguem a melhor resolução possível onde importa. As outras partes das moléculas são modeladas usando equações clássicas, bem mais rápidas de serem resolvidas. Em cálculos modernos, cientistas também acrescentam uma terceira camada à modelagem. Para áreas bem afastadas do processo químico, o computador pode agregar átomos e moléculas em uma massa homogênea única. Com isso, é possível realizar cálculos realistas em sistemas químicos bem grandes, ainda maiores que as proteínas envolvidas no processo da fotossíntese.
(Fonte: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/popular-chemistryprize2013.pdf)