最近十年，化学有哪些重大突破？ qqq Schr，拔剑四顾心茫然 十年之前，我们假设是 2005 年左右。跟十年之后的今天比，计算化学或者说计算生物化学的发展极大的归因于计算机水平的提升。 十年之前，我们用的 CPU 是这样的： 单核啊亲，就这玩意现在估计 Windows 7 都带不动了。现在呢，是这样的： 10 核 12 核的霸气 ivy bridge，计算人士的最爱。 由于计算机水平及其巨大的提升，计算化学才敢去解决很多以前解决不了的问题。比如，酶催化反应是非常奇妙的东东，又不给升温，又要求迅速完成，你这甲方没完没了了是不，为了解决这一问题，十年前，我们搭建了这样的体系： 我了个大槽，震惊了，这尼玛叫蛋白质？？？这叫酶催化反应？请问 1-70 号氨基酸呢？？？ 额，不好意思，图中没有的氨基酸都用真空代替了…… 真空……你没有看错。 也就是用几个氨基酸跟一个底物放在真空环境下来研究催化反应…… 不是应该在细胞环境下用完整的蛋白来研究吗？？？ 不是我不想，臣妾做不到啊，加上其他氨基酸算到我延期也算不完啊。真心算不动 现在： 不仅可以搭建完整的蛋白质 - 催化底物体系，同时方法要比之前好得多，精确度什么的更不用提了，半个月左右就能算完。 计算尺度有很大提升，十年之前，大概只能算一个蛋白质左右的东西，加上水溶剂模型，也就 2,3 万，3,4 万，4,5 万，反正也就不到 10 万个原子吧。图就不放了，就上图那样大小的东西。 十年后： 我勒个去，这个东西其实刚出现的时候大家也都震惊了一把。都能算这么大的HIV 外壳结构了？？？大概100W 个原子。 十年之前的计算化学，解决的问题是这样的： …… 似乎没啥变化啊，恩…… 其实有的…… 变化很微小，只能观察趋势…… 十年后： 我们都知道，RNA 在核糖体制造蛋白质，那么问题来了，氨基酸是核糖体一个一个制造的，恩，其实就是跟大便一样一点一点拉出来的，奇怪的是，怎样让着一点一点拉出来的东西在极短的时间内形成固定的结构呢？也就是说，假如拉的成分一样，那么，拉出来的都是一个结构。为什么？ 一个无规卷曲的蛋白在计算机程序中，自发的折叠成了其应有的三维结构，与实际的晶体结构非常类似。 计算化学非常适合研究蛋白折叠 / 去折叠问题，相信将来在破解传说中的“第二遗传密码”以及阿兹海默病等方面会有很大的发挥空间。 2003 年左右，我们模拟的时间是这样的： 1ps=0.000000000001 秒，也就是模拟了 0.000000004 秒时间内的运动情况。 十年后： 模拟了 200us，也就是 0.0002 秒。这个尺度马上就可以用秒表观测了！ 另外需要概叹的是，由于计算化学发展的非常快，很多东西都是迅速被淘汰，导致计算化学专业的学生及其的苦逼，你需要不停的学习新东西，新方法。比如十年前： 2005 年时期的同源模建 homology modeling 是有这光明前途的，一个模建，一个对接，一篇 IF 2-3 的文章就出来了。模建最辉煌的时候，其结果居然被收录到 NCBI 的蛋白质结构数据库！！！ 当然，现在的情况是，该数据库已经全面移除所有模建结果，同源模建已逐渐沦为非常非常边缘化的东西，专业搞计算的几乎不用，大牌文章会随便做点模建作为自己的理论依据。（真是无奈啊） 现在的模建： MOLECULAR SIMULATION 影响因子 1.0，JBSD SCI 除名，今年刚重新被录入。同时必须要加分子动力学模拟才行，纯的模建对接，连国内核心也发不了。 另外最近发展的飞速的就是 GPU 了。 GPU 对于计算化学的影响很难说，但是 GPU 对于计算化学屌丝的影响是革命性的！ 2005 年，我用的 SGI 服务器，大概就这个样子： 一天只能算 100ps 不到，ps 是多长大家也知道了。这个机器大概是几十万。 现在，我买了一块 2.5W 的 GPU： 速度是这样的： 30ns 一天。一周 100 多纳秒。老板再也不用担心我的学习了。 GPU，屌丝福音！屌丝必备！ 计算化学发展到现在，主要的发展方向是两块： 1，方法，必须要尽快改进各种理论方法，增加知识储备。参见 @余旷的专业级回答。 2，计算化学到底能解决什么科学问题？ 解决科学问题才是我们最终的目的。 我觉得 D.E.SHAW 有一篇文章非常的棒，贴图如下： 我们吃药，然后药通过代谢进入细胞内，接着问题来了，药物是如何运动到靶点蛋白上的？你咋知道你吃的感冒药是去治感冒了而没有去肾上腺素受体那活动去？ 该文章就模拟了一个药物分子在外面随便运动，接着被蛋白捕获（红色，绿色），最终进入催化区域（蓝紫色）。以上过程全都是自发进行的。 可以说计算化学在这 10 年的发展是非常大的，比 10 年之前大，我觉得比未来的十年也大。计算模拟现在不仅仅是在方法论方面的发展，一些方法理论的成熟也使得计算化学 / 生物学在很多领域都开始解决具体的科学问题。比如材料，环境等。未来 10 年感觉计算机水平很难有革命性的提高了，不管是主频、架构、工艺等等，当然我是非专业人士是指我个人的看法。进步的幅度可能不如这 10 年。不过相信这门学科也会慢慢的跟实际生产想结合的。 查看知乎原文
