Download mecánica cuántica y mecánica molecular (QM / MM) se han

J. R. Lacadena, J. A. Esteban, B. de Pascual 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 trata mediante métodos mecánico cuánticos, QM, mientras que para el entorno (disolvente o resto de la proteína), que constituye la parte que consumiría mayores recursos computacionales, se aprovecha la eficiencia computacional de la mecánica clásica. Debido a que las dos regiones en general interaccionan fuertemente, no es posible escribir la energía total de todo el 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 separación corta a través de enlaces covalentes. La química computacional nació con los primeros ordenadores, a mediados del siglo XX, aplicando los conceptos de la mecánica cuántica para caracterizar moléculas sencillas. Los cálculos de este tipo requieren mucho tiempo de 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 mecánica molecular 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 movilidad en condiciones fisiológicas, la dinámica molecular. Sin embargo, quedaba por resolver el problema de los sistemas complejos, como la reactividad o la asociación entre moléculas (reconocimiento molecular) y aquí vino la principal contribución de los galardonados. Cuando AriehWarshel 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 410