Kosár

A kosár jelenleg üres

Bejelentkezés &
Regisztráció

Jelenleg nincs belépve.

Válassza ki az oldal nyelvét

TERMÉKEINK

iPon FÓRUM

iPon Cikkek

Kiberkémia

  • Dátum | 2013.10.13 08:01
  • Szerző | Jools
  • Csoport | EGYÉB

A kémiai reakciók általában rendkívül gyorsan zajlanak le: elektronok helyeződnek át, kötések szűnnek meg és alakulnak ki, megváltozik a molekulák szerkezete, és mindez olyan sebességgel, meg persze olyan miniatűr méretekben történik, hogy élőben megfigyelni szinte lehetetlen, de legalábbis rendkívüli technikai erőfeszítést igényel. Napjainkban ugyan már lehetséges a molekulák átalakulását mikroszkóp alatt vizsgálni, ehhez azonban olyan speciális felszerelésre van szükség, amely a szakértők többségének nem áll rendelkezésére, arról nem is beszélve, hogy milyen költséges vállalkozás. Vannak azonban más utak is: 2013 kémiai Nobel-díjasai évtizedekkel ezelőtt kezdtek dolgozni azon, hogyan lehetne a kémiai reakciókat részleteikben nyomon követni számítógépes segítséggel.

Martin Karplus, Michael Levitt és Arieh Warshel munkásságának köszönhetően napjaink vegyészei jelentős részben számítógépen tervezik meg és futtatják le kísérleteiket. A három kutató a hetvenes években kezdett dolgozni azokon a módszereken, amelyek mára elengedhetetlenné váltak a kémia tudományának művelői számára. Hogy mindez megvalósítható legyen, a szakértőknek először is minden korábbinál aprólékosabban meg kellett vizsgálniuk a komplex kémiai folyamatok legkisebb lépéseit is, hogy aztán később szoftveresen modellezni tudják ezeket.


Michael Levitt, Martin Karplus és Arieh Warshel

Tegyük fel például, hogy tudósként a fotoszintézist szeretnénk tanulmányozni, mégpedig abból a célból, hogy minél tökéletesebben „lemásoljuk” a folyamatot, de legalábbis annak egyes részeit, jobb napelemek vagy éppen hatékonyabb üzemanyagcellák létrehozása reményében. Első lépésként a fotoszintézist vezérlő fehérjékkel akarunk közelebbről megismerkedni. Napjainkban ezek több online adatbázisban is szabadon hozzáférhetők, így számítógépünkre letöltve három dimenzióban vizsgálhatjuk a több tízezer atomból álló szerkezeteket. A fehérjék struktúrájában valahol ott rejtőzik a „lényeg”, vagyis a reakcióközpont, ahol a vízbontás zajlik. A tényleges reakcióban csak néhány atom vesz részt (többek közt négy mangán- és egy kalcium-ion, illetve néhány oxigén atom), azonban ezek térbeli elrendeződésén túl az általunk beszerzett szerkezeti ábrából nem sok fog kiderülni. Ebből nem fogjuk megtudni, hogy pontosan milyen szerepet töltenek be ezek az atomok, hogyan távoznak a víz molekulájáról az elektronok, és mi lesz a keletkező protonokkal.

A folyamat részleteit hagyományos kémiai módszerekkel lehetetlen lenne nyomon követni, hiszen a másodperc töredéke alatt mennek végbe, így kísérleti úton nem lehet ezeket megfigyelni, a proteinek szerkezete pedig önmagában nem jelent segítséget a megértésben, hiszen a képernyőn teljesen passzívak. A növények leveleiben azonban egyáltalán nem ilyen statikusak a dolgok: a napfény hatására a fehérjék energiát vesznek fel, atomi szerkezetük pedig megváltozik. Ahhoz pedig, hogy ezt az újfajta struktúrát megismerjük, már elő kell vennünk azon szoftverek egyikét, amelyek az idei év Nobel-díjasainak köszönhetik születésüket.

A program segítségével különféle lehetséges reakciós utak szimulálhatók, és ezeken keresztül a felhasználó képet alkothat arról, hogy pontosan mit is csinál az adott atom egy-egy részfolyamat során. A legvalószínűbbnek tűnő reakciósor azonosítása után pedig már jóval könnyebb olyan kísérleteket tervezni, amelyek révén igazolható, hogy valóban úgy zajlik-e a folyamat, ahogy azt a számítógép sejteni véli. A kísérletek eredményeinek felhasználásával aztán még pontosabb szimulációk állíthatók össze, így az elmélet és a gyakorlat kölcsönösen segíteni tudja egymást. A metódus elterjedésének köszönhetően napjaink kémikusai legalább annyi időt töltenek a számítógép előtt, mint kémcsövekkel bűvészkedve.



Hozzászólások

Nem vagy bejelentkezve, a hozzászóláshoz regisztrálj vagy lépj be!

Eddigi hozzászólások:

  • 5.
    2013. 10. 22. 11:03
    Boldogok a lélekben szegények...
  • 4.
    2013. 10. 15. 16:44
    szegény Prohlep
  • 3.
    2013. 10. 13. 22:36
    "Mivel itt mindenhol modelleken alapuló szimulációkról van szó, ezért nem csak azt nem mondják (és nem is gondolják), hogy másként nem játszódhat le egy reakció, hanem azt se, hogy biztosan úgy játszódik le."

    Te jól látod, máskülönben nem írnád ilyen világosan. Aztán ismerek sok értelmes embert, köztük fizikust, aki szintén hasonlóan tisztán fogalmaz. De sajnos vannak CELEB fizikusok, akik már inkább maszatolnak. És persze van egy befogadóközönség, aki vevő az ilyen fajta tudományos benyomást keltő képzelődésre.

    Igen sok kárt okoztak. Mert vallás a kultúra anyanyelve, de sok emberben szégyenérzetet keltettek kultúrális anyanyelvükkel kapcsolatban.

    "Ez utóbbi, nehezebb, hovatovább matematikusi szinet döngető kérdést szinte soha sem szokták a természettudományokban tisztázni."

    Itt a "matematikusi szinet döngető" azt jelenti, hogy az adott dolog nem csupán a matematikusok privilégiuma, sőt kifejezetten kívánatos lenne hogy a tudománynak mondott szakmákban alapkövetelmény legyen, de mind a mai napig lényegében csak a matematika képes az eredményeinek jelentős részét úgy kiformálni, hogy bizonyosság szintjén megmondják, hogy pontosan az az egy dolog van és más nincs.

    Tudományoskodó károkozásnak pedig szinte mindig az a kulcsa, hogy az "és más nincs" hiánya ellenére úgy beszélnek és agitálnak, mintha be lenne bizonyítva, hogy "és más nincs".

    Lelki károk pedig azért jelentősek, mert az ember élete és közérzeti komfortja egészen számottevő mértékben múlik azon, hogy mit gondol az ember, miként vélekedik. Lelki terrorizmus emberekben szégyenérzetet kelteni a tudomány félremagyarázása által, és egyáltalán bárhogy. De ha az embernek azt mondják, hogy a tudomány bebizonyította hogy ez az, akkor a normál ember nem arra gyanakszik, hogy egy tudományos modellel történt valami előrelépés, hanem elhiszi, hogy a világról bizonyították be hogy ilyen olyan.

    Mivel számomra fontos a tudomány, pontosabban természettudomány, lényegében egész életem és kultúrális vágyam a tudományra irányul, ezért talán fitalon még nem voltam elég gyanakvó azokkal szemben, akik a tudományra hivatkozással olyan dolgokat mondtak, amiről ma már világosan látom, hogy a tudomány olyan filozófikus állításokat soha nem bizonyított.

    Eredetileg mérnöknek majd fizikusnak készültem. Fizikához képest a matematika azzal is lenyügözött, hogy a matematikára hivatkozással NEM kavarnak össze tudományt világnézettel, hanem korrektül csinálják tudományukat és korrektül megmondják tudományuk határát.

    "matematikusi szinet döngető" Ezt kifejtenéd, hogy mit jelent?

    Tehát azt jelenti, ahol ha valamiből mutatsz egyet, és nem tudod bizonyítani hogy nincs több, akkor az állítással egybecsomagolva, egybefogalmazva hangsúlyozod, hogy ez csak egy, és nem kizárt több ilyen dolog léte.
  • 2.
    2013. 10. 13. 16:02
    "De a fontosabb kérdés az, hogy tud-e másképp zajlani, vagy talán valóban CSAK úgy.
    Ez utóbbi, nehezebb, hovatovább matematikusi szinet döngető kérdést szinte soha sem szokták a természettudományokban tisztázni."

    Mivel itt mindenhol modelleken alapuló szimulációkról van szó, ezért nem csak azt nem mondják (és nem is gondolják), hogy másként nem játszódhat le egy reakció, hanem azt se, hogy biztosan úgy játszódik le. Csupán annyit mondanak, hogy a modell alapján, amelyet rengeteg mérési eredmény alapján állítottak fel, nagy valószínűséggel úgy játszódhat le az adott reakció. Hogy valóban úgy zajlik-e le, vagy egyáltalán lezajlik-e az adott reakció úgy is a preparatív laborban dől el.

    "matematikusi szinet döngető" Ezt kifejtenéd, hogy mit jelent?
  • 1.
    2013. 10. 13. 14:50
    Aprónak látszó, de sajnos tipikus hiba a természettudományok háztáján. Remélem, hogy ellenérv hiányában nem kötünk ki ismét a vallások és vallásosság becsmérlésénél.

    "A legvalószínűbbnek tűnő reakciósor azonosítása után pedig már jóval könnyebb olyan kísérleteket tervezni, amelyek révén igazolható, hogy valóban úgy zajlik-e a folyamat, ahogy azt a számítógép sejteni véli."

    Az csak az egyik kérdés, hogy képes-e "valóban úgy zajlani a folyamat".

    De a fontosabb kérdés az, hogy tud-e másképp zajlani, vagy talán valóban CSAK úgy.

    Ez utóbbi, nehezebb, hovatovább matematikusi szinet döngető kérdést szinte soha sem szokták a természettudományokban tisztázni.

    Ez önmagában nem baj. Ténylegesen bajjá csak ott válik, ahol megjelennek a természettudományos ateisták, és úgy tesznek, mintha a nehezebb kérdés is tisztázva lenne, és mindenkit hülyének néznek, aki nem hisz az ő természettudományosnak mondott, valójában megalapozatlan nézeteikben.