NRK Meny
Normal

Kjemi uten kjemikalier

Kjemi er ikke hva det en gang var. Ved Max Planck Institut für Biophysikalische Chemi i Göttingen har forskere nå lagt vekk den hvite frakken, glasskolbene og pipettene. Det som nå gjelder er datamaskiner. Der simuleres det som skjer i menneskekroppen helt ned til atomnivå. (Bak den viste modellen av en blære ligger 10 års kartlegging)

Visualiserte proteiner
Foto: MPI

Hør radioinnslaget om kjemi uten kjemikalier.

Molekylær dynamikk kalles det, og her kan forskerne ofte gå mye dypere enn det de kan med det som ofte gjerne kalles ”våt kjemi”. For eksempel så kan de bygge opp deler av en cellevegg og deretter se på dataskjermen hvordan transport av proteiner skjer fra den ene siden av membranen og til den andre.

Nicole Doelker, MPI, Gôttingen
Foto: Ivar Grydeland / NRK

- En mutasjon er barnemat for data-maskinene, forteller Nicole Doelker. Hun er forsker ved avdelingen for data-simuleringer og er strålende fornøyd med at en slik hendelse her gjøres unna på et par minutter mens kollegaene som jobber med ekte systemer på det tradisjonelle laboratoriet sikkert hadde trengt en par dager på den samme jobben. Og da også trolig funnet ut at den mutasjonen, den virket ikke.

Et resultat av grunnforskning

I bunnen for alt det som her skjer på forskernes dataskjermer, ligger detaljert kunnskap om hvordan atomer forholder seg til andre atomer. Hvilke, og hvor store krefter er det som i de forskjellige konstellasjonene virker tiltrekkende eller frastøtende på andre atomer.

Her er krefter og vinkler som, etter hvert som ting har falt på plass, er samlet i tabeller og formler som utad gir forskerne et fikst ferdig protein som vet hvordan det skal te seg i selskap med andre fiks ferdige proteiner.

Akvaporin

Forsker som studerer vannkanalproteiner i biologiske membraner (akvaporin). Akvaporin finnes hos bakterier, planter og dyr der de spiller en viktig rolle i regulering av vannbalansen.

Foto: Ivar Grydeland / NRK

Proteindatabanken

Etter hvert som tradisjonell kjemi etter hvert avdekker hvordan stadig flere proteiner er bygget opp, og datamaskinene dermed kan få fram en fysisk form, blir opplysningene lagret i banken. De blir plassert i The Protein Data Bank, PDB blant de innvidde. Og da kan forskerne, ja for så vidt hvem som helst med egnet programvare, hente de ned til sitt eget lille PC-laboratorium.

Myoglobin

Et protein består vanligvis av mellom 1000 og 10000 atomer. Forskerne kan la datamaskinen tegne de forskjellige delene som eksempelvis streker, bånd eller rør og da, selvfølgelig, i ønskede farger. Proteints tredimensjonale fasong er imidlertid ekte. Bildet viser proteinet myoglobin. De er viktige proteiner som finnes i muskelvev og som i bygning og egenskaper ligner det røde blodfargestoffet hemoglobin.

Foto: MPI, Göttingen
Datakraft

Prosessene i kroppen tar ulik tid. Dannelsen av et protein, når ribosomene, proteinfabrikkene i cellene setter sammen, bretter og folder molekylet slik at det får riktig fasong og kan kalles et protein, er en prosess som tar fra et tusendels sekund og opp til et par sekunder. Til tross for en enorm datakapasitet tar denne prosessen for lang tid til at hele denne sekvensen kan vises.

Animerte videosnutter

Men, heldigvis, er det mye i kroppens kjemi som skjer raskt. Setter forskerne inn all tilgjengelig datakraft kan de produsere en animert videosnutt som er en milliondels sekund lang. Og selv om det er en rekke prosesser som tar lengre tid, og derfor ikke kan vises, er det også svært mange som er unnagjort på et nanosekund eller også et femtosekund. Da snakker vi om henholdsvis en milliarddel av et sekund, eller en billondel av et sekund.

Og da, da kan datamaskinene vise hva som skjer, hvilket arbeid som blir utført. Og det er denne bevegelsen, dette arbeidet, forskerne er interesserte i. Derfor er resultatet alltid små dataanimerte videosnutter.

Membranfusjon
Foto: MPI

Og for ordens skyld: når datamaskinen så skal vise deg hva som skjer i det femtosekundet, ja så skrur Nicole Doelker på skikkelig sakte film:

Se molekylær dynamikk i praksis. Her går to mebraner sammen til ett.