La vie est mouvement. Ainsi, pour comprendre le fonctionnement des organismes vivants, il faut comprendre le mouvement et la réorganisation des atomes et des molécules qui les composent. L’approche appelée « simulation de la dynamique moléculaire » permet aux scientifiques d’utiliser des programmes informatiques pour simuler le mouvement dynamique de tous les atomes d’un système moléculaire en fonction du temps.
Dans un nouvel article deEPJ Perspectives historiques sur la physique contemporaineDaniele Macuglia de l’Université de Pékin à Pékin, Chine, Benoît Roux de l’Université de Chicago à Chicago, États-Unis, et Giovanni Ciccotti de l’Université de Rome à Rome, Italie, expliquent comment le chimiste théoricien Martin Karplus et son équipe ont réalisé la première simulation de dynamique moléculaire d’une grosse molécule biologique, une protéine, impactant profondément la biologie et les sciences physiques des 20e et 21e siècles.
Actuellement, les chercheurs en apprentissage automatique utilisent des simulations biomoléculaires pour mieux comprendre leurs mouvements dépendant du temps et la fonction qui régit les forces entre eux.
Au début des années 1970, les physiciens et les physico-chimistes ont commencé à utiliser la simulation de dynamique moléculaire pour étudier le comportement de substances simples telles que l’eau et les liquides formés à partir de gaz nobles. Martin Karplus et son équipe ont poussé cette méthode plus loin en l’appliquant pour la première fois à une grosse molécule biologique, une protéine.
Les protéines peuvent être considérées comme des machines miniatures dont la fonction découle, en partie, de la façon dont elles se plient et se contorsionnent en différentes formes au fil du temps. En raison de leur complexité, simuler leurs évolutions dans le temps était un défi particulier.
Karplus a d’abord rendu publique cette approche avec un article de 1977 montrant la première simulation de dynamique moléculaire d’une protéine. Plus récemment, l’impact profond de sa contribution à la modélisation précise des réactions chimiques a été reconnu en recevant le prix Nobel de chimie 2013 avec Arieh Warshel et Michael Levitt.
Les auteurs concluent que l’article de Karplus de 1977 a ouvert la porte à la poursuite d’une ligne de recherche qui l’a amené à fusionner avec succès la mécanique statistique computationnelle avec la biochimie.
Plus d’information:
Daniele Macuglia et al, L’émergence des simulations de la dynamique des protéines: comment la mécanique statistique computationnelle rencontre la biochimie, EPJ Perspectives historiques sur la physique contemporaine (2022). DOI : 10.1140/epjh/s13129-022-00043-y