2013年10月10日 星期四

研究-2013諾貝爾化學獎-化學實驗電腦化

2013諾貝爾獎/化學實驗電腦化 3傑奪化學獎2013-10-10


40年前洞燭機先
〔編譯管淑平/綜合報導〕三名美國籍學者卡普拉斯(Martin Karplus)、李維特(Michael Levitt)和瓦歇爾(Arieh Warshel以電腦為複雜的化學系統建立多尺度模型,模擬化學反應過程,共同獲得今年的諾貝爾化學獎。瑞典皇家科學院指出,三人的研究讓人們能在電腦上預測和了解微妙難解的化學過程,實際上是把化學帶入電腦,加速了從製藥到太陽能應用等多領域的進展。
為電腦模擬化學過程奠基
瑞典皇家科學院說,化學反應一閃即逝,難以用肉眼觀察,也幾乎不可能用實驗描繪化學過程中的每一細節,過去化學家用塑膠球、塑膠棍模擬化學分子結構,現在用電腦;對今日的化學家而言,電腦的重要性不下於試管,反映真實狀態的電腦模型已是現今大多數化學領域進展的關鍵,而卡普拉斯等三人在一九七年代的研究,則為電腦模擬化學過程奠定基礎。
計算生命化學的通用程序
以製藥為例,借助電腦模型計算原子間的互動,研究人員得以了解實驗性藥物與體內特定蛋白質會有什麼反應,工業應用如太陽能板設計、汽車觸媒轉化器的催化機制等。頌詞說,三人發展出的電腦模擬方法具通用性,「能用於研究從生命體分子結構到工業化學等所有類型的化學過程」。
卡普拉斯 核磁共振方程式開發人
現年八十三歲的化學家卡普拉斯,在奧地利出生,擁有美、奧地利國籍,現為法國史特拉斯堡大學、美國哈佛大學教授,他也開發用於核磁共振的「卡普拉斯方程式」。
六十六歲生物物理學家李維特具美、英籍,任教史丹福大學。他說,知道得獎時「心快跳出來」,好像喝下「三倍義式濃縮咖啡」,而得獎研究基本上是他二十歲撰寫的電腦程式,「我想我的程式真的寫得很好」。
七十二歲的化學家瓦歇爾是以色列、美國雙國籍,任教南加州大學。瓦歇爾說,獲獎令他「極為高興」,他說,「簡單來說,我們開發的就是用電腦了解蛋白質結構的方式,然後最終了解其如何發揮其作用」,你能用來設計藥物。從一九七五年以來,瓦歇爾一直堅定認為電腦科技是研究的未來,但每篇文章都曾遭拒絕,曾感嘆「不知道能不能活到證明我是對的那天」
結合古典物理和量子物理
過去科學家在電腦上模擬化學分子結構,需選擇使用以古典物理學或者量子物理學為基礎建構的軟體。卡普拉斯等三人的研究擷取兩者長處,發展出能並用古典物理學以及量子物理學研究化學過程的方法。
卡普拉斯七年代在哈佛大學建立用量子物理模擬化學反應的電腦程式。瓦歇爾和李維特則在以色列魏茲曼科學研究所建立以古典物理理論為基礎的電腦程式。一九七年瓦歇爾到美國加入卡普拉斯的實驗室,後來回到以色列又與李維特合作,讓古典、量子物理能更順暢地並用於模擬蛋白質化學反應過程。

得獎電腦程式 李維特20歲寫的2013-10-10


〔記者湯佳玲/台北報導〕用電腦模擬計算生物體內結構,這個現代科學看似普遍的方法,在蘋果電腦尚未問世的一九六年代卻被嘲笑為不可能。身為今年諾貝爾化學獎得主瓦歇爾(Arieh Warshel)學生的交通大學生物資訊及系統生物研究所教授黃鎮剛表示,瓦歇爾以「科學直覺」著稱,三人「先見之明」終被認可,是獲得諾貝爾獎的主因。

交大學者黃鎮剛 瓦歇爾門生

黃鎮剛說明,三位得主是利用電腦計算方法研究生物體內複雜的化學系統,例如酵素如何被分解;在「手」做實驗的年代,他們率先用「電腦」做大尺度與小尺度的實驗與模擬,「現在看起來好像沒甚麼,但那時電腦很大、效能又差,會想到用電腦去做,實在很了不起!」

他說,生物體內以大分子居多,因此必須發展大尺度模型去計算大分子,但資料多複雜又耗時,不能很精準,所以想做好需要很好的「直覺」,「好的科學家才能知道哪些數據重要,哪些可捨棄。」瓦歇爾最為人津津樂道的正是他的「科學直覺」,「他永遠不會犯錯,當你跟他爭執,最後常會發現數學邏輯其實是錯的,他的直覺才是對的!」

瓦歇爾脾氣倔 傳與卡普拉斯不和

由於瓦歇爾非常具獨創性,黃鎮剛受邀參加他七十歲生日宴會時,另一位諾貝爾得主直言:「瓦歇爾是非主流」;加上他對於科學研究若有爭議,講話很衝且吹毛求疵,所以「瓦歇爾幾乎得罪所有同行,但只要不是科學家,都會很喜歡他。」黃鎮剛甚至透露,瓦歇爾與今年另一位諾貝爾獎得主卡普拉斯其實很不和,第三位得主李維特甚至曾在知名雜誌公開過此插曲。

瓦歇爾李維特曾訪台

不過,也因為這種個性,黃鎮剛說:「瓦歇爾很堅持,不向學霸低頭,這是我從他身上學到最多的地方。」黃鎮剛曾在二十年前帶瓦歇爾到台北故宮遊玩,他對台灣能將古物保存得如此完好印象深刻,也很喜歡台灣的美食鳳梨酥。

李維特曾於兩年前來台參加亞洲大學國際研討會,據本人表示得獎研究基本上是他二十歲時撰寫的電腦程式,亞大校長蔡進發盛讚他知識淵博。國科會副主委牟中原表示,三位得主的電腦模擬方法讓現代人得以了解蛋白質結構,對藥物設計影響深遠,也有助於後來3D電腦計算繪圖的發展。

 

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