Für die Entwicklung von Computermodellen für komplexe chemische Systeme wurde Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel der Nobelpreis für Chemie 2013 verliehen.

Früher verwendeten Chemiker Kunststoffkugeln und Stäbchen, um Modelle von Molekülen zu erstellen. Heute wird die Modellierung in Computern durchgeführt. In den 1970er Jahren legten Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel die Grundlage für leistungsfähige Programme, um chemische Prozesse zu verstehen und vorherzusagen. Computermodelle als Spiegel des wirklichen Lebens sind von entscheidender Bedeutung für die meisten Fortschritte in der modernen Chemie.

Chemische Reaktionen in Windeseile. Im Bruchteil einer Millisekunde springen Elektronen von einem Atomkern zum anderen. In der Klassischen Chemie war praktisch unmöglich, alle kleinen Schritte in einem chemischen Prozess experimentell abzubilden. Begünstigt durch die jetzt mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichneten Verfahren, können Wissenschaftler von Computern chemische Prozesse, wie z.B. die Reinigung von Abgasen durch den Katalysator oder die Photosynthese in grünen Blättern, beschreiben lassen.

Die Arbeit von Karplus, Levitt und Warshel ist bahnbrechend, weil es ihnen gelang, die klassische Physik nach Newton mit der grundlegend verschiedenen Quantenphysik zu vereinbaren. Chemiker müssten sich bei der Nutzung von Computermodelle nicht mehr zwischen diesen beiden Welten der Physik entscheiden.

Die Stärke der klassischen Physik war, dass die Berechnungen einfach waren und könnte als Modell für große Moleküle verwendet werden konnte. Seine Schwäche war, dass es keine Möglichkeit bot, chemische Reaktionen zu simulieren. Zu diesem Zweck musste Chemiker statt dessen die Quantenphysik nutzen. Solche Berechnungen erfordern enorme Rechenleistung und konnten daher nur für kleine Moleküle durchgeführt werden.

Die diesjährigen Nobelpreisträger nahmen das Beste aus beiden Welten und entwickelten Methoden, die sowohl klassische als auch Quantenphysik nutzen. Zum Beispiel werden in der Simulation, wie ein Medikament zu seinem Zielprotein im Körper ankoppelt, führt der Computer quantentheoretische Berechnungen durch. Den Rest des großen Protein simuliert die weniger anspruchsvolle klassische Physik .

Heute ist der Computer ein ebenso wichtiges Werkzeug für Chemiker als Reagenzglas. Simulationen sind so realistisch, dass sie das Ergebnis traditioneller Experimente vorhersagen können.


Den Artikel finden Sie unter:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/press.html

Quelle:  nobelprize.org (10/2013)