J. R. Lacadena, J. A. Esteban, B. dePascual
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mecánica cuántica y mecánica molecular (QM / MM) se han convertido en el
método de elección, siguiendo una idea fue inicialmente formulada por los
investigadores premiados este año. El elemento básico de esta idea consiste en la
siguiente aproximación: el sistema en estudio se divide en dos partes, la parte
reactiva y el entorno. La parte reactiva, asociada a los procesos de formación y
ruptura de enlaces químicos, se tratamediantemétodosmecánico cuánticos, QM,
mientras que para el entorno (disolvente o restode la proteína), que constituye la
parte que consumiría mayores recursos computacionales, se aprovecha la
eficiencia computacional de lamecánica clásica. Debido a que las dos regiones en
general interaccionan fuertemente, noesposibleescribir laenergía total de todoel
sistema simplemente como la suma de las energías de los subsistemas. Los
términos de acoplamiento tienen que ser considerados, y es necesario tomar
precauciones en el límite entre los subsistemas, especialmente si la frontera de
separacióncortaa travésdeenlaces covalentes.
La química computacional nació con los primeros ordenadores, amediados
del siglo XX, aplicando los conceptos de la mecánica cuántica para caracterizar
moléculas sencillas. Los cálculos de este tipo requierenmucho tiempode cálculo y
ordenadores potentes, lo que hace que aun hoy su ámbito de aplicación sea
generalmente el estudio detallado de moléculas pequeñas (el sustrato de una
enzima, un fármaco, etc.). Esta limitación se debe a la elevada precisión de los
métodos cuánticos, que consideran todos los átomos presentes en las moléculas,
pero que además describen de forma explícita el comportamiento de los
electrones. El primer paso para poder aplicar la química computacional al estudio de
procesos biológicos vino a través de una simplificación: describir las moléculas
únicamente a nivel atómico, sin tener en cuenta los electrones. Nacía así la
mecánicamolecular a finales de los años sesenta, en el grupo del fallecido Lifson,
en el WeizmannInstitute de Israel, donde AriehWarshel estaba haciendo su tesis
doctoral y adonde Michael Levitt llegó como estudiante predoctoral. Dos
jovencísimos investigadores que escribieron el primer programa de mecánica
molecular al inicio de la década de los setenta, con el que pocos años después
realizarían la primera simulación computacional de una proteína. Finalmente
podían describirse algunas propiedades de proteínas o ácidos nucleicos, como su
movilidadencondiciones fisiológicas, ladinámicamolecular.
Sin embargo, quedaba por resolver el problema de los sistemas complejos,
como la reactividad o la asociación entremoléculas (reconocimientomolecular) y
aquí vino laprincipal contribuciónde los galardonados. CuandoAriehWarshel hizo
su estancia posdoctoral en la Universidad de Harvard con Martin Karplus a
principios de los años 70, utilizaron un nivel de detalle mayor para el centro
reactivo, mientras el entorno donde sucede la reacción, típicamente una proteína
