Het actieve ‘hart’ van een molecuul (hier het enzym multi-koperoxidase) wordt kwantummechanisch beschreven, de rest (geel) met klassieke natuurkunde (foto: Nobel-commissie)
Een, van origine, Oostenrijker, een Zuid-Afrikaan en een Israëliër hebben de Nobelprijs voor scheikunde gekregen voor de ontwikkeling van modellen voor complexe chemische verbindingen, zoals die veel voorkomen in biologische processen. Het drietal- Martin Karplus (A), Michael Levitt (ZA) en Arieh Warshel (Is) – legden de basis voor hun systeem in de jaren ’70. Het fraaist zou zijn die modellen te beschrijven in kwantummechanische termen, maar de rekentuigen uit die tijd (en ook nu nog) konden de enorme rekenpartijen die daarmee gepaard zouden gaan niet aan en de drie combineerden kwantummechanica voor de actieve ‘kern’ van de verbinding en en ‘gewone’ mechanica voor de rest.
Scheikunde is lange tijd een voornamelijk experimentele bezigheid geweest. Er werd vaak maar een slag geslagen naar hoe reacties verlopen, het zogeheten reactiemechanisme. Voordat uit de reagerende stoffen de eindproducten zijn gevormd hebben de steeds veranderende verbindingen vaak een lange en ingewikkelde weg afgelegd. Ook de snelheid waarmee reacties vaak verlopen – in combinatie met de afmeringen – maakt het lastig te ‘zien’ wat er gebeurt. Het hebben van modellen van chemische verbindingen en, op basis daarvan, voorspellen hoe reacties verlopen is dan een grote stap vooruit.
De Nobel-commissie noemt het werk van de drie baanbrekend omdat ze er in geslaagd zijn in hun modellen de klassieke natuurkunde te verbinden met de, fundamenteel verschillende, kwantummechanica. De voordelen van de klassieke natuurkunde zijn vooral gelegen in de eenvoud. Berekeningen zijn simpel en er kunnen grote moleculen mee worden gemodelleerd. Probleempje is dat je daarmee geen chemische processen kunt simuleren. Daar is de kwantummechanica, gebaseerd op Schrödinger-vergelijking, wél goed in, maar, zoals gesteld, ten koste van enorme rekenpartijen. Zelfs berekeningen met het simpelste molecuul dat we kennen, het waterstofmolecuul, zijn al knap ingewikkeld, laat staan als we het over biologische moleculen hebben met vele honderden, duizenden (en meer) atomen. Wat de drie gedaan hebben is alleen dat deel van een molecuul met kwantummechanica te beschrijven dat chemisch actief is. De rest van het molecuul moet het doen met oude natuurkunde. Inmiddels heeft scheikunde zich ontwikkeld tot wetenschap, met de computer als, inmiddeld, onmisbaar hulpmiddel.