کاربر:Hamidreza/۵صفحه تمرین

آریه وارشل
متولد	۲۰ نوامبر ۱۹۴۰
محل زندگی	لس‌آنجلس، کالیفرنیا، ایالات متحدهٔ آمریکا
ملیت	اسرائیلی-آمریکایی
جوایز	جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۳؛ جایزهٔ تالمن؛ عضویت در آکادمی ملی علوم آمریکا
همسر	تامار وارشل
فرزندان	دو دختر

آریه وارشل (Arieh Warshel؛ زادهٔ ۲۰ نوامبر ۱۹۴۰) شیمی‌دان نظری، زیست‌شیمی‌دان و استاد دانشگاه اسرائیلی-آمریکایی است. او در سال ۲۰۱۳، به‌طور مشترک با مارتین کارپلاس و مایکل لوویت، جایزهٔ نوبل شیمی را دریافت کرد. انگیزهٔ رسمی جایزه «برای توسعهٔ مدل‌های چندمقیاسی برای سامانه‌های شیمیایی پیچیده» اعلام شد.

وارشل از پیشگامان استفاده از رایانه برای بررسی مولکول‌های زیستی و واکنش‌های شیمیایی است. دستاورد اصلی او و همکارانش ایجاد روش‌هایی بود که مکانیک کوانتومی و مکانیک کلاسیک را در یک مدل محاسباتی ترکیب می‌کردند. این روش به پژوهشگران اجازه می‌دهد بخش فعال یک واکنش را با دقت کوانتومی و بخش بزرگ‌تر مولکول را با محاسبات ساده‌تر کلاسیک بررسی کنند.

زندگی و تحصیلات

آریه وارشل در کیبوتص سده نهوم، در درهٔ بیت‌شئان و در سرزمینی که در آن زمان فلسطین تحت قیمومت بریتانیا بود، به دنیا آمد. او دوران کودکی و نوجوانی خود را در محیط کیبوتص گذراند. در سال‌های دبیرستان، افزون بر درس، در کارهای روزمرهٔ کیبوتص مانند پرورش ماهی، باغبانی و کارهای فنی مشارکت داشت.

وارشل پس از پایان خدمت نظامی، برای ادامهٔ تحصیل به تکن‌یون در حیفا رفت و در سال ۱۹۶۶ مدرک کارشناسی خود را دریافت کرد. او در مؤسسهٔ علوم وایزمن به تحصیل ادامه داد و در سال ۱۹۶۷ مدرک کارشناسی ارشد و در سال ۱۹۶۹ دکترای شیمی‌فیزیک گرفت. استاد راهنمای او شنیور لیفسون بود که در آن زمان بر مدل‌سازی رایانه‌ای مولکول‌ها و فیزیک آماری کار می‌کرد.

وارشل پس از دکترا مدتی در دانشگاه هاروارد و سپس در مؤسسهٔ وایزمن و آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی در کمبریج انگلستان فعالیت کرد. او در سال ۱۹۷۶ به هیئت علمی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در لس‌آنجلس پیوست و از آن زمان بخش عمدهٔ فعالیت علمی خود را در این دانشگاه انجام داده است. وارشل متأهل است و دو دختر دارد.

آغاز مدل‌سازی مولکولی

مولکول‌ها از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که با پیوندهای شیمیایی به یکدیگر متصل‌اند. در یک واکنش شیمیایی، برخی پیوندها شکسته و پیوندهای جدید ایجاد می‌شوند. برای توضیح دقیق این فرایند باید حرکت الکترون‌ها و تغییرات انرژی سامانه بررسی شود. این مسئله در مولکول‌های بزرگ، به‌ویژه پروتئین‌ها، بسیار پیچیده است.

مکانیک کوانتومی برای محاسبهٔ حرکت الکترون‌ها و توصیف دقیق پیوندهای در حال تغییر مناسب است، اما اجرای آن برای هزاران اتم به توان محاسباتی بسیار زیادی نیاز دارد. در مقابل، مکانیک کلاسیک می‌تواند حرکت اتم‌ها و ساختارهای بزرگ را با سرعت بیشتری شبیه‌سازی کند، اما برای توصیف شکستن و ایجاد پیوندهای شیمیایی کافی نیست.

پیش از کار وارشل، پژوهشگر ناچار بود میان دقت مکانیک کوانتومی و توانایی مکانیک کلاسیک در مدل‌کردن مولکول‌های بزرگ یکی را انتخاب کند. وارشل، کارپلاس و لوویت در دههٔ ۱۹۷۰ راهی برای استفادهٔ هم‌زمان از هر دو روش ایجاد کردند. در مدل آن‌ها، ناحیه‌ای که واکنش در آن رخ می‌دهد با مکانیک کوانتومی محاسبه می‌شود و محیط پیرامون آن با مکانیک کلاسیک نمایش داده می‌شود.

روش QM/MM

این روش که معمولاً QM/MM نامیده می‌شود، مخفف «مکانیک کوانتومی/مکانیک مولکولی» است. در یک شبیه‌سازی آنزیمی، جایگاه فعال آنزیم و مولکولی که در آن دگرگونی شیمیایی رخ می‌دهد در بخش کوانتومی مدل قرار می‌گیرند. سایر بخش‌های پروتئین و حلال اطراف با مدل کلاسیک محاسبه می‌شوند.

این تقسیم‌بندی دو مزیت دارد. بخش واکنش با دقت کافی بررسی می‌شود و در عین حال، اندازهٔ کل سامانه آن‌قدر بزرگ می‌ماند که محیط واقعی مولکول نیز در محاسبات حضور داشته باشد. محیط پروتئینی می‌تواند بارهای الکتریکی و نیروهایی ایجاد کند که بر سرعت و مسیر واکنش اثر می‌گذارند. QM/MM امکان می‌دهد این اثرها در همان مدلی بررسی شوند که تغییرات پیوندی را نیز محاسبه می‌کند.

روش‌های چندمقیاسی فقط برای یک نوع واکنش ساخته نشده‌اند. از آن‌ها برای بررسی واکنش‌های آنزیمی، انتقال الکترون و پروتون، جذب نور، تاخوردگی پروتئین‌ها و برهم‌کنش دارو با پروتئین استفاده شده است. دانشگاه کالیفرنیای جنوبی از وارشل به‌عنوان یکی از پیشگامان شبیه‌سازی رایانه‌ای عملکرد مولکول‌های زیستی و توسعهٔ روش QM/MM یاد می‌کند.

مدل‌سازی آنزیم‌ها

آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند. آن‌ها معمولاً واکنش را در یک جایگاه فعال انجام می‌دهند؛ جایی که شکل مولکول، بارهای الکتریکی و موقعیت اسیدهای آمینه به‌طور هم‌زمان اهمیت دارد. درک دلیل سرعت بالای واکنش‌های آنزیمی از مسائل مهم زیست‌شیمی بود.

وارشل از مدل‌های رایانه‌ای برای مطالعهٔ سهم نیروهای الکتریکی، حرکت اتم‌ها و تغییرات ساختاری در فعالیت آنزیم‌ها استفاده کرد. این محاسبات به پژوهشگران کمک کرد مسیر واکنش را مرحله‌به‌مرحله بررسی کنند و حالت‌های میانی را که معمولاً به‌طور مستقیم دیده نمی‌شوند، شناسایی کنند.

او و همکارانش همچنین روش «پیوند ظرفیت تجربی» یا EVB را برای مقایسهٔ حالت‌های مختلف یک واکنش توسعه دادند. این روش از داده‌های واکنش‌های ساده‌تر استفاده می‌کند و آن‌ها را برای بررسی واکنش در محیط پیچیدهٔ آنزیم به کار می‌گیرد. به این ترتیب می‌توان اثر محیط پروتئین را بر انرژی واکنش و سد انرژی آن مطالعه کرد.

کاربردهای علمی و پزشکی

شبیه‌سازی مولکولی امروزه یکی از ابزارهای مهم شیمی، زیست‌شیمی و داروسازی است. پژوهشگر می‌تواند پیش از انجام آزمایش، چگونگی اتصال یک دارو به پروتئین هدف را بررسی کند یا ببیند تغییر یک اسید آمینه چه اثری بر عملکرد آنزیم دارد. این کار جایگزین آزمایش‌های واقعی نمی‌شود، اما به تعیین فرضیه‌های مناسب و کاهش شمار ترکیب‌های نیازمند آزمایش کمک می‌کند.

روش‌های چندمقیاسی در مطالعهٔ فرایندهایی مانند فتوسنتز، انتقال انرژی، واکنش‌های کاتالیزی و عملکرد پروتئین‌های غشایی کاربرد دارند. همچنین برنامه‌های رایانه‌ای مبتنی بر این روش‌ها در طراحی دارو و مطالعهٔ بیماری‌هایی که با تغییر ساختار یا عملکرد پروتئین‌ها ارتباط دارند به کار گرفته می‌شوند.

اهمیت کار وارشل در این است که مدل‌سازی را از محاسبهٔ مولکول‌های کوچک فراتر برد و آن را برای سامانه‌های زیستی بزرگ و پیچیده قابل استفاده کرد. این پیشرفت به ایجاد پیوند میان شیمی نظری، فیزیک، زیست‌شناسی و علوم رایانه کمک کرد.

جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۳

آکادمی سلطنتی علوم سوئد در ۹ اکتبر ۲۰۱۳ اعلام کرد که جایزهٔ نوبل شیمی به مارتین کارپلاس، مایکل لوویت و آریه وارشل تعلق می‌گیرد. جایزه به‌طور مساوی میان سه دانشمند تقسیم شد و انگیزهٔ رسمی آن «برای توسعهٔ مدل‌های چندمقیاسی برای سامانه‌های شیمیایی پیچیده» بود.

بیانیهٔ نوبل توضیح داد که روش این سه دانشمند مانند کنار هم گذاشتن دو نوع فیزیک است. مکانیک کلاسیک برای بخش‌های بزرگ مولکول، محاسبات سریع و قابل اجرا فراهم می‌کند؛ مکانیک کوانتومی نیز برای محل وقوع واکنش و حرکت الکترون‌ها دقت لازم را به دست می‌دهد. رایانه با ترکیب این دو، مسیر واکنش را در سامانه‌هایی شبیه‌سازی می‌کند که بررسی کامل آن‌ها با روش‌های سنتی بسیار دشوار است.

وارشل در سخنرانی نوبل خود دربارهٔ شکل‌گیری مدل‌های محاسباتی، مطالعهٔ واکنش‌های آنزیمی و تلاش برای توضیح سازوکار مولکول‌های زیستی سخن گفت. جایزهٔ نوبل این روش‌ها را به‌عنوان پایهٔ بسیاری از برنامه‌های امروزی برای فهم و پیش‌بینی فرایندهای شیمیایی معرفی کرد.

افتخارات و آثار

وارشل عضو آکادمی ملی علوم ایالات متحده است و جوایز متعددی از جمله مدال تالمن انجمن شیمی آمریکا، جایزهٔ انجمن بیوفیزیک و جایزه‌های علمی در زمینهٔ شیمی نظری دریافت کرده است. او نزدیک به چهارصد مقالهٔ علمی داوری‌شده منتشر کرده و کتاب مدل‌سازی رایانه‌ای واکنش‌های شیمیایی در آنزیم‌ها و محلول‌ها را نوشته است.

آثار او به گسترش شیمی محاسباتی کمک کرد و نسل‌های مختلفی از پژوهشگران را با روش‌های شبیه‌سازی مولکولی آشنا ساخت. مدل‌های چندمقیاسی اکنون در بسیاری از آزمایشگاه‌ها به‌عنوان ابزار مکمل آزمایش‌های شیمیایی و زیستی استفاده می‌شوند.

حمایت از مقاومت ایران

شورای ملی مقاومت ایران در ۲۹ اوت ۲۰۲۲ گزارش کرد که ۵۶ برندهٔ جایزهٔ نوبل در بیانیه‌ای مشترک از اجلاس ایران آزاد و نقشهٔ راه این شورا برای ایرانی آزاد، دموکراتیک و غیراتمی حمایت کرده‌اند. نام آریه وارشل، با عنوان برندهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۳، در فهرست امضاکنندگان منتشرشده در گزارش آمده است. متن بیانیه، بنا بر گزارش شورا، از حق رأی همگانی، انتخابات آزاد، جدایی دین از دولت، برابری جنسیتی و قومی و سیاست خارجی مبتنی بر همزیستی مسالمت‌آمیز حمایت می‌کند.

همچنین، شورای ملی مقاومت در مارس ۲۰۲۳ گزارش کرد که وارشل یکی از امضاکنندگان نامهٔ مشترک برندگان نوبل در حمایت از خیزش سراسری ایران و خواست مردم برای آزادی و دموکراسی بوده است. در این گزارش، از حمایت امضاکنندگان از طرح ده‌ماده‌ای مریم رجوی و درخواست اقدام بین‌المللی در برابر سرکوب سخن گفته شده است.

این مطالب به منابع منتشرکننده نسبت داده شده‌اند؛ زیرا منابع رسمی نوبل و دانشگاه کالیفرنیای جنوبی موضع سیاسی وارشل دربارهٔ این بیانیه‌ها را به‌طور مستقل گزارش نکرده‌اند. بنابراین، گزارش حمایت او از مقاومت ایران از شرح دستاوردهای علمی و سوابق دانشگاهی‌اش جدا نگه داشته می‌شود.