De Nobelprijs voor de scheikunde gaat dit jaar naar drie wetenschappers die de computer gebruikten om chemische reacties te begrijpen én te voorspellen.

In tegenstelling tot de Nobelprijs voor de Natuurkunde, die gisteren werd bekendgemaakt, waren de winnaars voor de Nobelprijs voor de scheikunde een stuk lastiger te voorzien. Zo bleken de voorspellingen van het persbureau Reuters en Scientific American niet uit te komen. Uiteindelijk waren de computerchemici Martin Karplus, Michael Levitt en Arieh Warshel de gelukkigen, zo maakte het Nobelcomité iets voor het middaguur in Stockholm bekend. Zij kregen de prijs voor het gebruik van de computer voor het ontsluieren van het mysterie van complexe chemische reacties.

Beste van twee werelden

Als experimenteel scheikundige gooi je in een reageerbuis het ene stofje bij het andere, je verhit het en er gebeurt iets. Maar wat precies? Vroeger gebruikten wetenschappers plastic balletjes en stokjes om erachter te komen hoe atomen uit elkaar gaan en weer nieuwe verbindingen smeden. Inmiddels hebben we daar gelukkig de computer voor. De Nobelprijslaureaten Karplus, Levitt en Warshel ontdekten hoe we dit handige stuk gereedschap het beste kunnen inzetten om de meest complexe chemische reacties te begrijpen én te voorspellen.

De Amerikaan Levitt (1947) en de Israëlier Warshel (1940) hadden met gezamenlijk onderzoek al hun sporen verdiend in de klassieke mechanica: de theorie waarbij moleculen zich steeds in de laagste energietoestand bevinden. De in Oostenrijk geboren Amerikaan Karplus (1930) was een fan van de quantummechanica, waarbij elektronen zich tegelijkertijd als deeltjes én als golven gedragen. Begin jaren zeventig kwamen Warshel en Karplus samen in het lab van Karplus aan de Harvard-universiteit. Samen besloten ze het beste van beide werelden samen te voegen.

Revolutionair computerprogramma

Op de computer maakten het duo met succes modellen van het overspringen van vrije elektronen in chemische reacties. Deze vrije elektronen zie je bijvoorbeeld aan het werk in retinal, een stofje in het oog dat ervoor zorgt dat we kunnen zien. Uiteindelijk wisten Karplus en Warshel zo precies in kaart te brengen hoe retinal werkt.

Later bundelden Levitt en Warshel opnieuw hun krachten en publiceerden in 1976 het eerste computermodel ooit van de reactie van een enzym. Dit type eiwit zorgt ervoor dat essentiële chemische reacties in het lichaam vlot kunnen verlopen. Hun programma was revolutionair, want het kon worden gebruikt voor de reactie van elke soort molecuul, groot én klein.

Drie pioniers

Bijzonder hoogleraar computerchemie Herman van Vlijmen (Universiteit Leiden) werkte tijdens zijn promotieonderzoek veel samen met Karplus. Hij zegt: “Vanaf het moment dat ik met hem ben gaan samenwerken, wisten de onderzoekers in zijn lab al dat hij zeker een goede kanshebber was om ooit de Nobelprijs voor de scheikunde te winnen. Het heeft uiteindelijk nog wel wat jaren geduurd, maar het is naar mijn idee volledig terecht.”

Volgens hem zijn de prijswinnaars alle drie pioniers op het gebied van computerchemie, een belangrijk veld van onderzoek: “Computerchemie heeft door de jaren heen veel nieuwe inzichten opgeleverd over moleculaire mechanismen en wordt ook uitgebreid toegepast in onderzoek naar nieuwe geneesmiddelen en materialen.”

Bronnen: Nobelprize.org, Biochemistry, Journal of Molecular Biology

Beeld: The Royal Swedish Academy of Sciences