Nobel de Química vai para cientistas que desenvolveram métodos para entender o funcionamento de proteínas e outras moléculas complexas

Nobel de Química vai para cientistas que desenvolveram métodos para entender o funcionamento de proteínas e outras moléculas complexas

Herton Escobar

09 Outubro 2013 | 07h22

Ilustração divulgada pela organização do Prêmio Nobel, simbolizando a união da física clássica (representada por Isaac Newton) e da física quântica (representada pelo gato de Schrodinger).

Herton Escobar / O Estado de S. Paulo

O Prêmio Nobel de Química deste ano foi para um trio de pesquisadores que uniu as leis da física para revolucionar o estudo de moléculas e reações químicas. Os laureados são o austríaco Martin Karplus, afiliado às universidades de Estrasburgo e Harvard; o sul-africano Michael Levitt, da Universidade Stanford; e o israelense Arieh Warshel, da Universidade do Sul da Califórnia, em Los Angeles. Eles foram responsáveis, na década de 1970, por unir conceitos da mecânica quântica e da física clássica newtoniana no mundo da química, abrindo caminho para a compreensão do funcionamento de moléculas, reações enzimáticas e outros sistemas químicos complexos, como a fotossíntese, não só por meio de experimentos práticos, mas da aplicação de modelos teóricos capazes de simular esses processos em computadores. Por “levar a experimentação ao ciberespaço”, nas palavras da organização do prêmio.

“O que fizemos foi desenvolver um método computacional que nos permite olhar para a estrutura de uma proteína e entender como exatamente ela faz o que faz”, resumiu Warshel, em uma rápida entrevista via internet, transmitida após o anúncio do prêmio na Academia Real de Ciências da Suécia. Essa compreensão é absolutamente essencial, por exemplo, para o desenvolvimento de novos medicamentos, painéis solares, catalisadores veiculares e qualquer outro produto que dependa de reações químicas para funcionar. “Ou, no meu caso, simplesmente para satisfazer nossa curiosidade”, completou Warshel, em uma declaração de amor à ciência mais básica e pura — que é a base fundamental para o desenvolvimento de toda e qualquer aplicação tecnológica do conhecimento.


Os poderosos computadores usados hoje para simular reações químicas e o funcionamento de moléculas na indústria química e farmacêutica, por exemplo, ainda estavam longe de existir 40 anos atrás, quando Karplus, Levitt e Warshel desenvolveram seus estudos pioneiros. Mas foi o conhecimento básico produzido por eles que permitiu o desenvolvimento dessas ferramentas tecnológicas modernas, indispensáveis hoje a qualquer laboratório avançado de química — seja na academia ou na indústria. Por exemplo, para entender a estrutura de uma molécula e prever como ela precisa se encaixar numa molécula-alvo dentro das células para ter um determinado efeito terapêutico, e até modificar a estrutura dessa molécula terapêutica para que isso ocorra de forma mais eficiente, caso necessário.

Na prática, eles inventaram os simuladores computacionais de reações químicas — uma ferramenta que ao mesmo tempo exige e proporciona um conhecimento muito mais detalhado e funcional das interações entre átomos e moléculas.

Parece ser uma grande mistura de disciplinas; e é mesmo. Afinal, o funcionamento de átomos e moléculas é regido pelas leis da física. O problema é que há dois “tipos” de física, que não costumam conversar muito bem entre si: a física clássica newtoniana, que se aplica a objetos maiores; e a mecânica quântica, que se aplica ao funcionamento de partículas elementares na escala atômica. Aplicada à química, a física clássica de Newton serve muito bem para estudar o funcionamento de moléculas grandes, mas falta-lhe complexidade para explicar o funcionamento de moléculas menores e destrinchar reações químicas que ocorrem em velocidades enormes, envolvendo partículas minúsculas (por exemplo, a quebra de ligações ou a transferência de elétrons de um átomo para outro). Para isso, é necessário usar a mecânica quântica. Só que a mecânica quântica é tão complexa, que simular o funcionamento de uma molécula com ela exige um poder computacional tão grande, que está além do alcance até mesmo dos computadores mais modernos.

A revolução realizada pelos três cientistas foi juntar partes da física clássica e da mecânica quântica num único modelo teórico, capaz de descrever o comportamento químico de qualquer molécula, de qualquer tamanho. A receita, segundo eles, foi usar o alto poder de resolução da física quântica para “focar” nos pontos mais críticos da molécula que se deseja estudar (por exemplo, o ponto de encaixe de uma proteína com seu receptor na célula), e a maior praticidade da física clássica para estudar suas regiões mais “periféricas” — como ilustra o desenho abaixo, divulgado pela organização do prêmio.

Ao unir esses dois mundos da física, Karplus, Levitt e Warshel aproximaram também a química teórica da química experimental, que até então também tinham dificuldade para falar a mesma língua. Antes, eram os resultados experimentais que ditavam as regras, e a teoria é que tinha de correr atrás para explicá-los. Hoje, é a química teórica, apoiada no poder da informática e na acurácia dos modelos desenvolvidos por eles, que dita o rumo dos experimentos, tornando-os muito mais focados e mais eficientes. O resultado disso é que “os químicos hoje passam tanto tempo na frente do computador quanto entre tubos de ensaio”, segundo este

Documento

preparado pela Academia Real de Ciências da Suécia.

Karplus, Levitt e Warshel trabalharam juntos e separadamente em diferentes momentos na gênese dos primeiros simuladores unificados na década de 70. Abaixo, um currículo resumido dos três laureados, conforme divulgado pela organização do prêmio (curioso notar que todos têm dupla ou tripla nacionalidade):

Martin Karplus, cidadão dos EUA e da Áustria. Nascido em 1930 em Viena, Áustria. Ph.D. pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia em 1953. Professor da Universidade de Estrasburgo, na França, e da Universidade Harvard, nos EUA. http://chemistry.harvard.edu/people/martin-karplus / http://www-isis.u-strasbg.fr/biop/start

Michael Levitt, cidadão dos EUA, Grã-Bretanha e Israel. Nascido em 1947 em Pretória, na África do Sul. Ph.D. pela Universidade de Cambridge, na Grã-Bretanha, em 1971. Professor da Faculdade de Medicina da Universidade Stanford, nos EUA. http://med.stanford.edu/profiles/Michael_Levitt

Arieh Warshel, cidadão dos EUA e Israel. Nascido em 1940 em Kibbutz Sde-Nahum, Israel. Ph.D. pelo Instituto de Ciências Weizmann, Israel, em 1969. Professor da Universidade do Sul da Califórnia, nos EUA.  http://chem.usc.edu/faculty/Warshel.html

 

Post atualizado às 16h30 do dia 9/10/2013.

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