2013年諾貝爾化學(xué)家授予法國斯特拉斯堡大學(xué)、美國斯坦福和南加州大學(xué)的科學(xué)家

2013年10月10日 | Filed under: 熱門話題,文獻綜合 | Posted by: 編輯 D

作者：呂順

2013年諾貝爾化學(xué)獎10月9日在瑞典揭曉，美國科學(xué)家馬丁?卡普拉斯（Martin Karplus）、邁克爾?萊維特（Michael Levitt）及亞利耶?瓦謝爾（Arieh Warshel）因為對計算結(jié)構(gòu)生物學(xué)的貢獻而共享殊榮。按照評獎委員會的話說“這幾位科學(xué)家為復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)創(chuàng)立了多尺度模型，把計算機模型應(yīng)用于化學(xué)研究，開拓了嶄新研究領(lǐng)域”。

以下是本屆化學(xué)獎得主簡介：

Martin Karplus：卡普拉斯教授1930年生于奧地利維也納，是一位在奧地利出生的美國理論化學(xué)家，猶太裔。主要研究是核磁共振譜學(xué)、化學(xué)動態(tài)學(xué)、量子化學(xué)和生物大分子的分子動力學(xué)模擬。提出了有關(guān)耦合常數(shù)和二面角之間關(guān)系的卡普拉斯方程。卡普拉斯1950年取得哈佛大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1953年獲加州理工學(xué)院的博士學(xué)位，師從萊納斯?鮑林。

Michael Levitt：萊維特教授1947年生于南非比勒陀利亞，為美英雙重國籍。于1971年在英國劍橋大學(xué)獲得博士學(xué)位。萊維特教授是著名的生物物理學(xué)家，1987年后擔(dān)任斯坦福大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授。主要研究領(lǐng)域包括計算生物學(xué)，他也是美國科學(xué)院院士。

Arieh Warshel：瓦謝爾教授1940年生于以色列，為美以雙重國籍。于1969年獲得以色列魏茨曼科學(xué)研究所博士學(xué)位，目前是美國南加州大學(xué)杰出教授。

幾曾何時，化學(xué)家們都是采用塑料的球和棍來搭建分子模型。而到今天，建模這一工作變成了在電腦中進行。上個世紀70年代，Martin Karplus，Michael Levitt和Arieh Warshel就為研發(fā)了解和預(yù)測化學(xué)過程的強有力的電腦程序而奠定了基礎(chǔ)。對今天的大部分化學(xué)研究進展而言，反映真實世界的計算機模型起到了極其關(guān)鍵的作用。

化學(xué)反應(yīng)是瞬間發(fā)生的。在不到毫秒的時間里，電子從一個原子核跳向另一個原子核。經(jīng)典化學(xué)很難捕捉到這一瞬間；用實驗方法來記錄化學(xué)過程中的每一步是不可能辦到的。此次獲獎的科學(xué)家們所提出的方法能讓科研人員通過計算機來解開化學(xué)反應(yīng)過程的神秘面紗，比如廢氣的催化提純或者綠葉的光合作用等。

Karplus，Levitt和Warshel的研究是突破性的，因為他們成功地讓牛頓經(jīng)典物理學(xué)與截然不同的量子物理學(xué)齊頭并進。在此之前，化學(xué)家們在研究中只能兩者之間選其一。經(jīng)典物理學(xué)的優(yōu)勢在于計算簡便，可適用于大分子模型。而其劣勢則在于，無法模擬化學(xué)反應(yīng)過程。這使得化學(xué)家只好選擇量子物理學(xué)，但卻需要海量的計算能力而最終不得不應(yīng)用在小分子身上。

今年的三位獲獎?wù)邉t取其兩者之精華，設(shè)計出了適用于經(jīng)典和量子物理學(xué)的方法。例如，在模擬藥物如何與身體內(nèi)的目標(biāo)蛋白耦合時，計算機能夠?qū)δ繕?biāo)蛋白中那些與藥物產(chǎn)生作用的原子采用量子物理學(xué)計算方法，而對蛋白質(zhì)中剩下的部分則可以采用要求不那么高的經(jīng)典物理學(xué)方法。

對于今天的化學(xué)家來說，計算機就像試管一樣重要。模擬過程是如此的真實以至于傳統(tǒng)實驗的結(jié)果也能被計算機預(yù)測出來。

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