Trio ganha prêmio por simulações de reações químicas
O austríaco Martin Karplus, 83, da Universidade Harvard, o sul-africano Michael Levitt, 66, da Universidade Stanford, e o israelense Arieh Warshel, 72, da Universidade do Sul da Califórnia – os três têm cidadania americana – trabalharam, desde os anos 70, na criação de simulações no computador que preveem como acontecem as reações químicas.
Essas simulações são necessárias para entender com detalhes a mecânica das reações químicas porque não é possível analisá-las de forma experimental: tudo acontece muito rápido no tubo de ensaio, então é preciso "parar o tempo" para estudar as transformações nas moléculas.
Antes do desenvolvimento das simulações, só era possível analisar a estrutura das moléculas antes e depois da reação química, mas não dava para "ver" o que acontecia durante esse processo.
Como explica Guilherme Menegon Arantes, professor do Instituto de Química da USP, as reações químicas são mudanças na estrutura dos elétrons das moléculas.
Saber o que está acontecendo durante esse processo é importante, por exemplo, para prever como um novo medicamento vai interagir com as proteínas do corpo.
Para estudar essas mudanças na estrutura das moléculas, é preciso usar a mecânica quântica, parte da física que lida com a dinâmica das partículas subatômicas.
O problema é que esses cálculos com base na mecânica quântica são tão complexos que fazer isso para uma molécula grande, como uma proteína, era quase impossível. O poder computacional requerido por esses cálculos era grande demais. "Era preciso simplificar isso".
A solução encontrada pelo trio de ganhadores do Nobel foi usar a alta resolução da mecânica quântica só para a parte relevante da molécula, a região que está sendo envolvida na reação química.
Enquanto isso, os cálculos que se referem à parte "periférica" da molécula usam um método menos detalhado, que trata grupos de átomos como uma só unidade.
A academia de ciências sueca comparou o funcionamento dessas simulações a uma fotografia. No centro, onde está o rosto da pessoa retratada, é preciso ter alta resolução, um número grande de pixels para que se vejam os detalhes. Nos cantos da imagem, não é preciso usar tanta memória de computador para fazer o registro.
Essa combinação de alta e baixa resolução permite o estudo de moléculas grandes, como as enzimas, proteínas que regulam as reações químicas nos seres vivos.
"Pegamos a estrutura da proteína para saber por que ela faz o que faz e para usá-la para criar remédios ou, no meu caso, para satisfazer minha curiosidade!", disse Arieh Warshel, por telefone, em entrevista coletiva durante o anúncio do prêmio.
Os programas de computador criados por eles são usados pela indústria farmacêutica para desenvolver medicamentos e também para criar células fotoelétricas usadas no aproveitamento da energia solar, por exemplo.
O grupo de pesquisa de Menegon, na USP, usa as simulações para estudar como o nosso corpo quebra as moléculas de carboidratos para gerar energia e como são formados os radicais livres, responsáveis pelo processo de envelhecimento.
O trio laureado vai dividir o prêmio de US$ 1,25 milhão.
Karplus, que fez seu doutorado com o ganhador do Nobel Linus Pauling (1901-1994), afirmou a repórteres em Harvard que seu trabalho com computadores foi recebido com frieza por seus colegas cientistas nos anos 70.
"Pensavam que era perda de tempo". Para ele, a próxima geração deve ser mais corajosa e não acreditar sempre nos colegas quando dizem que algo não pode ser feito.
O trabalho para a conquista do prêmio de química
REAÇÕES SIMULADAS
Trabalho laureado permitiu aos cientistas prever como as reações químicas acontecem
1. No tubo de ensaio
– As reações químicas são processos muito rápidos, nos quais há mudanças na estrutura das moléculas, como a criação de novas substâncias
2. Antes e depois
– No laboratório, é possível avaliar a estrutura das moléculas antes e depois das reações químicas acontecerem, mas não dá para ver o processo mesmo acontecendo. Para isso são necessárias as simulações no computador
3. Arquivo pesado
– Para calcular com precisão as mudanças de posição dos elétrons durante as reações químicas, os cientistas precisavam usar a mecânica quântica, que trata das propriedades das partículas no mundo subatômico. Mas fazer esses cálculos todos para moléculas grandes, como as proteínas, requer um computador poderoso demais, tornando o processo inviável
4. O pulo do gato
– Os estudos do trio premiado permitiram simplificar esses cálculos. Eles viram que era possível usar os cálculos complexos da mecânica quântica só no "centro” da reação química, onde haveria mesmo as mudanças estruturais. Na periferia da molécula, dava para usar cálculos clássicos menos detalhados, enxergando grupos de átomos como uma só unidade, o que simplifica o processo (imagem de referência 1)
5. Como uma foto
– Essa simplificação pode ser comparada com uma fotografia: o centro da imagem, onde está o rosto, precisa estar bem detalhado, com a máxima resolução. Já a periferia, onde está só o fundo, pode ter menos pixels, ocupando menos espaço em disco
6. Para que tudo isso?
– Ao calcular com exatidão o que acontece durante a reação química, é possível saber, por exemplo, como um medicamento vai interagir com as proteínas do corpo do paciente, ou como tornar uma célula fotoelétrica usada para captar energia solar mais eficiente. Também dá para calcular de quanta energia uma reação química precisa, ajudando a calcular gastos para produzir uma certa substância