Prix Nobel de Chimie: Karplus, Levitt et Warshel

Les douze coups de midi n’avaient juste pas frappé ce mercredi, et Staffan Normark, le secrétaire de l’Académie Royale des Sciences suédoise a annoncé les lauréats du prix Nobel de chimie 2013:

Félicitations à Martin Karplus, Michael Levitt et Arieh Warshel !

Le comité a récompensé ces trois scientifiques pour le développement des « modèles multi-échelles pour la modélisation de systèmes chimiques complexes ».

De plus en plus, la recherche se fait autant sur ordinateur (in silico) que dans le laboratoire (in vitro). Il existe maintenant de nombreuses méthodes et de nombreux logiciel de modélisation (Gaussian, AMBER, CHARMM, etc.) et il est fréquent d’appliquer des études informatiques au travail de laboratoire (entre autre spectroscopie RMN, IR, etc.). Cependant, il faut souvent plusieurs jours de calculs pour produire quelques nanosecondes de données.

Theoretical practical

Les calculs de mécanique moléculaires (mécanique classique ou newtonienne, MM) sont relativement faciles à implémenter et permettent de modéliser des grandes molécules, mais ne permettent pas de donner des résultats très précis.

Les calculs de mécanique quantique (QM) sont en général très précis mais très (trop) couteux en ressources informatiques.
retinal

Au début des années 70, Karplus s’est intéressé au rétinal, une molécule à la base de la vision. Warshel rejoignit son groupe de recherche en amenant ses connaissance en mécanique moléculaire; cependant, certaines molécules (comme le rétinal) possèdent des propriétés qui ne peuvent être modélisées purement par mécanique moléculaires. Karplus et Warshel décidèrent de limiter les calculs quantiques à ces seules propriétés et de modéliser classiquement le reste de la molécule.

Qmmm

Quelques années plus tard, Levitt retrouva Warshel et appliquèrent la même idée à la modélisation d’enzymes et de réactions enzymatiques. Mieux encore, ils purent montrer qu’il était possible de remplacer l’environnement lointain par des constantes, réduisant encore la taille du programme. De fait, Karplus, Levitt et Warshel ont pu faire fonctionner ensemble mécanique classique et mécanique quantique, comme expliqué avec humour par le comité du Prix Nobel:

Tiré du communiqué de l'Académie Royale des Sciences suédoise, 2013.

Tiré du communiqué de l’Académie Royale des Sciences suédoise, 2013.

D’autres théorises et programmes de calcul moléculaire ont depuis été inventées, mais cette méthode de calcul, nommée QM/MM (Mécanique Quantique/Mécanique Moléculaire), est toujours en usage.

[EDIT] The Curious Wavefunction discute également (en anglais) du prix Nobel de cette année, et c’est ici.

Sources:
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