Det finns flera fördelar med att angripa kemiska problem på detta sätt. Exempelvis bidrar teoretiska studier med tydliga kvantitativa mått på de kemiska egenskaper man önskar undersöka, samtidigt som de i mindre utsträckning än experimentella studier begränsas av praktiska faktorer såsom kostnader och tillgång till utrustning.
![figur som förklarar hur teoretisk kemi kan fungera](/-/media/liu/2016/06/13/figur-teoretisk-kemi.jpg?la=sv-se&h=154&w=320&hash=7B90FE8AAFD25D1FB9344426E18C89BDF65D339A)
I vår egen forskning inom fältet intresserar vi oss främst för frågeställningar inom fotokemi, med speciellt fokus på molekylära maskiner, fotokemiska reaktionsmekanismer, fotosensoriska proteiner, molekylära egenskaper och enzymkatalys.
Molekylära maskiner
![figur molekylära motorer](/-/media/liu/2016/06/09/molecular-motors.jpg?la=sv-se&h=134&w=270&hash=7D6EA2A77331E66DF22CCEAF4DBFF9AFD350A170)
För att fullt ut förverkliga denna potential och effektivt utnyttja molekylära motorer som kraftkällor i olika sammanhang, är det emellertid nödvändigt att dels kontinuerligt utveckla nya motorer med bättre prestanda, dels hitta nya sätt att integrera motorerna i de system som skall tillhandahålla den önskade funktionen. I det senare fallet kan det exempelvis röra sig om motorer som skall driva s.k. nanobilar för kontrollerad transport av molekyler längs ytor. Den stora utmaningen är att bibehålla motorernas lösningsmedelsprestanda även när de samspelar med övriga komponenter i systemet. I vår forskning arbetar vi med ovanstående frågeställningar genom att använda ett brett spektrum av metoder inom teoretisk kemi, från kvantkemiska beräkningar till molekyldynamiksimuleringar i elektroniskt exciterade tillstånd.
Fotokemiska reaktionsmekanismer
![figur fotokemiska reaktionsmekanismer](/-/media/liu/2016/06/09/photochemical-reaction-mechanisms.jpg?la=sv-se&hash=BFB932A0474B4773C0E8D4EEC12EE3B0A2EB2A6C&w=220&h=149)
Fotosensoriska proteiner
![figur fotosensoriska proteiner](/-/media/liu/2016/06/09/photosensory-proteins.jpg?la=sv-se&h=147&w=383&hash=8ECED8AFF1BBCE33BFA49060EC49BFF5A6103213)
Vår forskning kring fytokromer har två huvudsyften och baseras på en beräkningsmetodik (QM/MM) som kombinerar kvantmekanik och klassisk mekanik på ett sådant sätt att proteiner bestående av tusentals atomer kan beskrivas med samma tillförlitlighet (och till samma kostnad vad gäller erforderliga datorresurser!) som kvantmekanik beskriver små molekyler. Det första syftet är att tillhandahålla en detaljerad beskrivning av den flerstegsmekanism varmed fytokromer övergår från ett inaktivt till ett aktivt tillstånd när de absorberar ljus, vilket är det absoluta nyckelsteget för att verkligen förstå hur fytokromer fungerar. Det andra syftet, av mer tillämpad natur, är att identifiera exakt hur fytokromer kan fås att fluorescera (utsöndra ljus) inom det nära-infraröda våglängdsområdet, vilket är av stor betydelse för den biomedicinska användningen av protein-baserad fluorescensavbildning.
Protein-baserad fluorescensavbildning är en teknik som bygger på proteiners förmåga att fluorescera efter att de blivit belysta och som gör det möjligt att visualisera biologiska och medicinska förlopp i levande celler. Denna teknik har revolutionerat livsvetenskaperna och belönades med 2008 års Nobelpris i kemi. Det första proteinet som användes för detta ändamål kallas för GFP och förekommer naturligt i maneter. Även om detta Grön-Fluorescerande-Protein numer kompletterats med biokemiskt modifierade varianter som kan utsöndra ljus av nästan alla våglängder inom det synliga området, är det av stort intresse att utveckla nya fluorescerande proteiner som snarare utsöndrar nära-infrarött ljus av längre våglängd. Anledningen till detta är att nära-infrarött ljus är mycket bättre på att penetrera mänsklig vävnad. Därigenom kan sådana proteiner användas för att t.ex. lokalisera djupliggande tumörer, vilket inte alls är möjligt med GFP-liknande proteiner. Under de senaste åren har det visat sig att de mest lovande proteinerna att utgå från i utvecklingen av nära-infrarött-fluorescerande proteiner är just fytokromer. Den huvudsakliga stötestenen är dock att det är svårt att få fytokromer att fluorescera starkt nog. I vår forskning undersöker vi därför vilka strukturella proteinförändringar som erfordras för att öka styrkan i fluorescensen hos fytokromer.
Molekylära egenskaper
![figur molekylära egenskaper](/-/media/liu/2016/06/09/molecular-properties.jpg?la=sv-se&hash=2A5DE61005DF542EF803E04FF33246E0C0379A95&h=144&w=220)