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Chemie-Nobelpreis: Die Molekül-Versteher
Royal Swedish Academy Of Sciences

Ob nun ein Pflanze aus Licht und Luft organische Materie aufbaut oder ein Arzneimittel im Körper sein Ziel findet: Chemische Prozesse bestimmen alles. Für die Entwicklung von Computerprogrammen, die diese Reaktionen simulieren, werden nun drei US-Forscher mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

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lotoseater 09.10.2013, 16:36
10.

Zitat von ReneMeinhardt
Ganz schön reduktionistisch der ganze Artikel. Der Mensch besteht nicht nur aus Chemie allein. Das Bewusstsein ist was anderes.
Chemie ist das Einzige, was im menschlichen Körper jemals nachgewiesen werden konnte. Für die Theorie, dass das Bewusstsein auf mehr beruht als auf biochemischen Prozessen in und zwischen Gehirnzellen gibt es keinen einzigen nachprüfbaren Beleg. Fail, würd ich sagen. ;-)

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Vaen 09.10.2013, 16:48
11. .

Zitat von ReneMeinhardt
der ganze Artikel. Der Mensch besteht nicht nur aus Chemie allein. Das Bewusstsein ist was anderes.
Na dann fangen Sie mal an zu suchen. ;)

Zitat von DrStrang3love
Nichts davon benötigt eine quantenmechanische Betrachtung von Neutronen und Protonen im Atomkern. Atomkerne werden bei quantenchemischen Rechnungen im wesentlichen nur als Punktmassen und -ladungen behandelt. Die Elektronen sind das, was die Chemie ausmacht.
Dann begreife ich nicht, weshalb das, was dort erreicht wurde, überhaupt von Bedeutung sein sollte. Ich habe kaum Ahnung von der Materie, aber laut Artikel scheint es doch so, als würden quantenmechanische Vorgänge eben doch ihren Anteil am chemischen Geschehen haben. Sonst hätte das Ganze ja keinen Nutzen.

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limubei 09.10.2013, 16:55
12. Chemie ist Physik

Das Leben ist keine Chemie! Und die Chemie ist Physik.
Materie besteht zu 99,999999% aus Leerheit und ist trotzdem greifbar.
Geist ist das was den Menschen ausmacht! Und das ist weder Physik noch Chemie.
Biochemische bzw biophysikalische Prozesse regulieren den Körper.
Mittlerweile gibt es den Fachbereich Quantenbiologie. Das braucht dann 30 Jahre bis es dort Nobelpreisträger gibt.

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cassandros 09.10.2013, 17:00
13. Ihre Chemie sieht physikalisch aus. - Ja. Hübsch, nicht?!

Zitat von Vaen
Dann begreife ich nicht, weshalb das, was dort erreicht wurde, überhaupt von Bedeutung sein sollte. Ich habe kaum Ahnung von der Materie, aber laut Artikel scheint es doch so, als würden quantenmechanische Vorgänge eben doch ihren Anteil am chemischen Geschehen haben. Sonst hätte das Ganze ja keinen Nutzen.
Bei den Arbeiten aus der Karplus-Gruppe geht es, um es konkret zu machen, um das Problem der Proteinfaltung, also um die Frage, wie sich Tausende von Atomen in kurzer Zeit so bewegen, daß ein Polypeptidkettenmolekül die Form (Konformation) einnimmt, die es haben muss, um seine biologische Funktion ausführen zu können.

Welche Teile bewegen sich wie? Welche bewegen sich zuerst? Nach welchen Regeln erfolgen die Bewegungen?
Ein kompliziertes Problem!

Strenggenommen handelt es sich dabei gar nicht um eine chemische Reaktion, sondern einen physikalischen Vorgang. Aber diese Unterscheidung ist haarspalterisch.
Das zugrundeliegende Feld heißt "Reaktionsdynamik" und ist ein Teilgebiet der chemischen Kinetik.

Der Nobelpreis wird für Fortschritte auf dem Gebiet der Physikochemie verliehen.

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limubei 09.10.2013, 17:00
14. Quantenbiologie

Zitat von Layer_8
...wird noch ein ganz heißes Themengebiet. Der Bereich des Übergangs von klassischer Physik zur Quantenphysik. Könnte sein, dass da auch die Grundlagen unserer Sinneswahrnehmungen liegen sowie tiefgehendes Verständnis der Gehirnfunktionen und vielleicht gar des "Bewusstseins". Physik - Physiologie. Und die Chemiker haben da naturgemäß schon die Nase vorne. Bin gespannt auf weitere Dinge, und der Preis ist mit Sicherheit hochverdient.
Spektrum der Wissenschaften Sonderheft 1/13. Da wird die Quantenbiologie erwähnt, als die Wissenschaft, die sich mit den Phänomenen im Grenzbereich beschäftigen soll.
Für mich persönlich ist das Sehen ein Quantenbiologischer Vorgang.

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Layer_8 09.10.2013, 17:02
15. Es geht...

Zitat von Vaen
... Dann begreife ich nicht, weshalb das, was dort erreicht wurde, überhaupt von Bedeutung sein sollte. Ich habe kaum Ahnung von der Materie, aber laut Artikel scheint es doch so, als würden quantenmechanische Vorgänge eben doch ihren Anteil am chemischen Geschehen haben. Sonst hätte das Ganze ja keinen Nutzen.
...hier um Elektronen, welche den größten Teil der Chemie ausmachen. Und die sind in den allermeisten Fällen wirklich nur quantenmechanisch beschreibbar. Atomkerne sind mindestens 2000 mal schwerer als Elektronen und können daher in der Chemie meistens als "klassische" Kraftzentren ausreichend beschrieben werden. Diese Unterscheidungen sind meistens hinlänglich sinnvoll, was ja auch im Nobelpreis gewürdigt wurde.

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cassandros 09.10.2013, 17:04
16. Punkt und Ende

Zitat von DrStrang3love
Atomkerne werden bei quantenchemischen Rechnungen im wesentlichen nur als Punktmassen und -ladungen behandelt.
Eben das beliebte ich auszurücken.

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lotoseater 09.10.2013, 17:10
17.

Zitat von Vaen
Dann begreife ich nicht, weshalb das, was dort erreicht wurde, überhaupt von Bedeutung sein sollte. Ich habe kaum Ahnung von der Materie, aber laut Artikel scheint es doch so, als würden quantenmechanische Vorgänge eben doch ihren Anteil am chemischen Geschehen haben. Sonst hätte das Ganze ja keinen Nutzen.
Die Quantenchemie hat schon ihre Vorteile. Man kann damit beispielsweise Zustände von Molekülen berechnen, die analytisch nicht zugänglich sind, (z.B. wie lange eine Wasserstoffbrückenbindung durchschnittlich stabil ist) oder man kann die Reaktivität von Molekülen vorhersagen. Die Schwachstelle ist dabei immer noch die Wahl realistischer Vereinfachungen, da man nicht unendlich Rechenleistung zur Verfügung hat. Vernünftig angewendete Berechnungen stehen daher immer in Wechselwirkung mit experimentellen Überprüfungen.

Ich habe beispielsweise mal Vorträge einer Arbeitsgruppe gehört, die einerseits Polymerisationskatalysatoren hergestellt hat und andererseits auch versucht hat, neue Katalysatoren theoretisch vorherzusagen. Die waren dann beispielsweise stolz wie Bolle, als sie nachgewiesen haben, dass sich ein bestimmtes Molekül unter bestimmten Bedingungen nicht bildet. Das hatten sie nämlich vorher theoretisch vorhergesagt und durch diesen praktischen Nachweis konnten sie zeigen, dass ihre Berechnungen für die untersuchten Probleme realistisch sind.

Man wählt aber auch gern den anderen Weg: Man hat ein experimentelles Ergebnis, für das mehrere Erklärungen möglich sind. Dann wird nachgerechnet, was die wahrscheinlichste Erklärung ist. Beispielsweise welche Form eines aktiven Zentrums in einem Enzym zum Zeitpunkt der Reaktion vorliegt. Sind ja durchaus flexibel, diese kleinen Burschen ;-)

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Vaen 09.10.2013, 17:17
18. .

Zitat von cassandros
Bei den Arbeiten aus der Karplus-Gruppe geht es, um es konkret zu machen, um das Problem der Proteinfaltung, also um die Frage, wie sich Tausende von Atomen in kurzer Zeit so bewegen, daß ein Polypeptidkettenmolekül die Form (Konformation) einnimmt, die es haben muss, um seine biologische Funktion ausführen zu können. Welche Teile bewegen sich wie? Welche bewegen sich zuerst? Nach welchen Regeln erfolgen die Bewegungen? Ein kompliziertes Problem! Strenggenommen handelt es sich dabei gar nicht um eine chemische Reaktion, sondern einen physikalischen Vorgang. Aber diese Unterscheidung ist haarspalterisch. Das zugrundeliegende Feld heißt "Reaktionsdynamik" und ist ein Teilgebiet der chemischen Kinetik. Der Nobelpreis wird für Fortschritte auf dem Gebiet der Physikochemie verliehen.
Erst mal danke für die Erklärung. Das klingt tatsächlich ungemein kompliziert (aber interessant!). :)

Kann ich da rauslesen, dass quantenmechanische Vorgänge also doch ihren Anteil an den Prozessen haben?

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ton.reg 09.10.2013, 17:19
19. Quantenmechanik

Zitat von Vaen
.... Dann begreife ich nicht, weshalb das, was dort erreicht wurde, überhaupt von Bedeutung sein sollte. Ich habe kaum Ahnung von der Materie, aber laut Artikel scheint es doch so, als würden quantenmechanische Vorgänge eben doch ihren Anteil am chemischen Geschehen haben. Sonst hätte das Ganze ja keinen Nutzen.
Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten der atomaren Komponenten. Man kann alle Wechselwirkungen innerhalb eines Atoms in Teilbereiche separieren, also was passiert innerhalb des Kerns (Protonen, Neutronen bzw. deren Subteilchen) oder in der Hülle (Elektronen). Letzteres beschreibt z.B. die Schrödingergleichung - jo, der mit der Katze -. Für chemische Reaktionen und den Aufbau von Molekülen ist nur die Quantenmechanik der Elektronenhülle relevant.

Selbstverständlich wirkt sich der Atomkern durch die Kernladung (Anzahl der Protonen = positive Ladung) auf die Elektronenstruktur aus (Stichworte : elektrostatische Anziehung, Ionisierung etc. ) und anhand der Masse auf die Beweglichkeit aus. Beides bleibt bei chemischen Reaktionen aber konstant. Warum sollte man sich also die Mühe machen, dauernd hochkomplexe Kernberechungen für jedes Atom durchzuführen, wenn deren Ergebnis jedes mal das gleiche ist ? Diese werden einfach als fester Zahlenwert eingesetzt, wobei am zweckmäßigsten einmalig experimentell bestimmte Werte anstatt fehlerhaft berechnete verwendet werden.

Zusammenfassung : natürlich handelt das Thema der Nobelierten von Quantenmechanik, nur dass der SpOn-Artikel diese auch noch auf Protonen und Neutronen ausgeweitet hat.

Zu Ihrer Schlußfeststellung : eine chemische Simualationsmöglichkeit wäre auch ohne quantenmechanischen Bezug sehr nützlich. Leider geht es nicht ohne...

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