Il dilemma del calcolo che va oltre il laboratorio

Una rivoluzione nel progettare farmaci: ci ha permesso di predire il comportamento delle proteine, ha detto, all'annuncio del Nobel, Dominic Tildesley, neopresidente della Royal Society of Chemistry. I tre vincitori sono l'austriaco Martin Karplus, professore emerito di Harvard, e i due israeliani, ma cittadini anche degli Stati Uniti, Michael Levitt, di Stanford, e Arieh Warshel, docente a Los Angeles. Essi sono riusciti a collegare la struttura atomica delle proteine con le loro proprietà biologiche - ha precisato Tildesley - e i modelli che hanno sviluppato aiutano a far previsioni su nuove sostanze.
I meriti dei tre scienziati restano grandi anche al di là di qualche forzatura contenuta nelle parole di Tildesley e nei comunicati scaricabili dal sito del Nobel. Si può storcere il naso nel leggere di esperimenti fatti col computer: qualunque chimico sa che il dato sperimentale è e resterà solo quello ricavato dall'osservazione, con tecniche magari varie, delle sostanze reali che reagiscono concretamente. È però vero che in sistemi complessi un'indagine preliminare, svolta tramite simulazione su modelli a base matematica, può sfoltire la messe d'aspetti su cui di sperimentale si sa poco o nulla: può indicare i composti candidati su cui è più conveniente concentrarsi in laboratorio, luogo dove potrà esser detta l'ultima parola, o può fornire una piattaforma di conoscenze valide in mancanza d'altro. Dovendo affidarci ai calcolatori può presentarsi un dilemma: una descrizione dettagliata che richiede tempi tanto lunghi da risultare improponibile o una risposta veloce ma grossolana?

Nel 1946 si cominciarono a sviluppare modelli delle interazioni fra molecole basati sulle forze attrattive di Coulomb e di Van der Waals. I computer vennero in uso più tardi; Levitt e Warshell furono tra i primi a sfruttarli per farsi un'idea della struttura delle proteine, scegliendo quella che i loro calcoli indicavano, volta per volta, come la più stabile. I metodi usati erano classici e avevano il limite d'essere applicabili a strutture statiche, non a quelle dinamiche che si creano nella reazione, e per i sistemi d'interesse biologico sopravvivono solo una frazione di secondo. Per lo studio delle molecole mentre vengono formate e distrutte vennero sviluppati metodi di calcolo basati sulla meccanica quantistica, che però in generale erano più macchinosi: richiedevano più tempo, occupavano più memoria per immagazzinare i dati e si prestavano solo a molecole piccine.
Una quarantina d'anni fa Warshel trascorse un periodo presso Karplus a Harvard. L'israeliano aveva esperienza di calcoli classici, l'austriaco se l'era fatta in quelli quantistici. I due aggredirono il problema ciascuno dal lato in cui era competente, ne risultò un programma per calcolatore che agiva sui nuclei degli atomi presenti nella molecola "gigante" della proteina e sugli elettroni più stanziali, i sigma, mentre trattava secondo la meccanica quantistica gli elettroni pi greco, quelli più liberi di spostarsi nella molecola. All'inizio il trattamento era ristretto a sistemi planari, ma nel 1976 Warshel e Levitt riuscirono a costruire uno schema più generale, che funzionava a blocchi cui applicare secondo convenienza i due approcci diversi. Lo studio dettagliato d'una catena molecolare proteica fu semplificato assegnando a ciascun amminoacido che la compone un volume rilevante ai fini delle interazioni. La catena divenne paragonabile a una collana di perle: ogni perla può essere studiata coi metodi classici, appunto più speditivi.

L'innovazione è usata non solo in biochimica, ma anche nel campo delle reazioni catalitiche. Ma come fa a influenzare la velocità del processo? Qualche libro di testo delle scuole medie superiori definisce il catalizzatore come qualcosa che agisce pur non prendendo parte alla reazione. Figuriamoci! Se agisce, parte la prende eccome! Però nella grande maggioranza dei casi il meccanismo è misterioso, arduo da studiare sperimentalmente. Ecco: i tre premiati stanno aiutando la ricerca anche in quei casi.