Sharon Hammes-Schiffer

Sharon Hammes-Schiffer
Född	Sharon Hammes-Schiffer 27 maj 1966 ( 1966-05-27 ) ( 56 år ) Ithaca, New York , USA
Nationalitet	amerikansk
Alma mater	Princeton University Stanford
Känd för	Beräkningskemi
Utmärkelser	National Academy of Sciences (2013) Willard Gibbs Award (2021)
Vetenskaplig karriär
Fält	Kemi Biofysisk kemi Fysikalisk kemi Materialkemi
institutioner	Yale universitet
Hemsida	http://www.hammes-schiffer-group.org/

Sharon Hammes-Schiffer (född 27 maj 1966) är en fysikalisk kemist som har bidragit till teoretisk och beräkningskemi . Hon är för närvarande Sterling-professor i kemi vid Yale University . Hon har tjänstgjort som senior redaktör och biträdande redaktör för Journal of Physical Chemistry och rådgivande redaktör för Theoretical Chemistry Accounts . Från och med den 1 januari 2015 är hon chefredaktör för Chemical Reviews .

Hammes-Schiffer studerar "kemiska reaktioner i lösning, i proteiner och vid elektrokemiska gränssnitt, särskilt överföringen av laddade partiklar som driver många kemiska och biologiska processer." Hennes forskning bygger på områdena kemi , fysik , biologi och datavetenskap och är betydelsefull för områdena biokemi , oorganisk kemi , fysikalisk kemi och fysikalisk organisk kemi . En teoretiker som arbetar med beräkningsmodeller, Hammes-Schiffer blandar klassisk molekylär dynamik och kvantmekanik i teorier som har direkt relevans för en mängd olika experimentella områden. När han studerade proton-, elektron- och protonkopplad elektronöverföring har Hammes-Schiffer formulerat en allmän teori om protonkopplade elektronöverföringsreaktioner som förklarar protonernas beteende i energiomvandlingsprocesser. Hennes forskning har förbättrat förståelsen av vätetunnel och proteinrörelse i enzymkatalys. Hennes forskargrupp har också utvecklat en nukleär-elektronisk orbital metod som gör det möjligt för forskare att införliva kärnkvanteffekter i elektroniska strukturberäkningar. Hennes arbete kan tillämpas på en mängd experimentella resultat och har implikationer för områden som proteinteknik, läkemedelsdesign, katalysator för solceller och enzymatiska reaktioner.

tidigt liv och utbildning

Hammes-Schiffer avslutade sin BA i kemi vid Princeton University 1988. Hon avslutade sin Ph.D. i kemi vid Stanford University 1993 efter att ha arbetat med Hans C. Andersen. Hon arbetade sedan med John C. Tully vid AT&T Bell Laboratories som postdoktor.

Karriär

Hammes-Schiffer hade befattningar på fakulteten vid University of Notre Dame som Clare Boothe Luce biträdande professor i kemi och biokemi (1995-2000) och vid Pennsylvania State University (2000-2012). 2012 började hon på University of Illinois i Urbana-Champaign som Swanlund-professor i kemi, där hon stannade till 2017. Sedan dess har hon lett Hammes-Schiffer Research Group vid Yale University, där hon utsågs till John Gamble Kirkwood - professor i kemi 2018, och Sterling professor i kemi 2021. Hammes-Schiffer är författare eller medförfattare på nästan 200 artiklar och har hållit mer än 200 inbjudna föredrag.

Forskning

Hammes-Schiffers arbete fördjupar sig främst i tre separata områden av kemi: protonkopplad elektronöverföring (PCET), enzymatiska processer och den nukleära-elektroniska orbitalmetoden. En sekt av denna forskning ägnar sig åt studiet av den kinetiska isotopeffekten , en skillnad i reaktionshastigheten för en kemikalie baserat på vilken isotop som finns.

Protonkopplad elektronöverföring (PCET)

Tillämpningen av hennes arbete i PCET har klarlagt naturen hos olika kemiska mekanismer och lett till hennes temperaturberoende modell av PCET-hastigheter. En sådan process, Quinol Oxidation, studerade den kinetiska isotopeffekten på Ubiquinol och Plastoquinol med avseende på temperatur, och fann att den fria energin för aktivering är större för väte än för deuterium , vilket betyder att reaktionen är långsammare för väte och därför irreversibel, om specifika förhållanden är nöjda. Detta fynd har sedan använts av andra forskare för att förstärka uppfattningen att reaktioner kan eller inte kan vara enkelriktade genom att påverka reaktionshastigheter med den kinetiska isotopeffekten . Dessutom har hennes studie av PCET i järnbi-imidazolinkomplex förfinat den vanliga förståelsen av PCET, efter att ha bevisat hennes teori att elektronöverföringshastigheten ökar under den kinetiska isotopeffekten när "protonöverföringsavståndet ökar och elektronöverföringsavståndet minskar." Dessa mekanismer har hjälpt till att stödja forskningen i andra PCET-studier, där hennes huvudsakliga PCET-artikel, "Theoretical Studies of Proton-Coupled Electron Transfer Reactions", har citerats över 90 gånger av artiklar som sträcker sig från att studera proteinrörelser till enzymdynamik.

Enzymatiska processer

Hammes-Schiffer studerar effekterna av kvanttunnelering och vätebindning på enzymatiska reaktioner. Hennes arbete med Soybean Lipoxygenase-1 förändrade den vanliga uppfattningen om ett tidigare föreslaget tunnelområdesdiagram, och fann att temperaturberoendet hos KIE är omvänt proportionellt mot varandra och att aktiv miljödynamik leder till mindre av KIE och främjar katalys. Denna upptäckt bör vara tillämplig på alla andra enzymer som kan överföra en proton på grund av det faktum att det inte finns så många enzymatiska alternativ för nonjonisk överföring av en proton och därför måste tunnelering användas under hela processen.

Nukleär-elektronisk orbital metod (NEO)

Hammes-Schiffer har också banat väg för arbete inom vad hon kallar Nuclear-electronic orbital method (NEO) som möjliggör en mer exakt uppskattning av kärnegenskaper som densitet , geometri , frekvenser , elektronisk koppling och kärnrörelser. Som beskrivs i hennes artikel, "Inkorporering av kärnkvanteffekter i elektronisk struktur," Radial basis function kernel , en gaussisk algoritm som används för att stödja vektormaskiner, används för att bestämma elektroniska och molekylära orbitaler. NEO-metoden är specifikt tillämpbar för att bestämma de exakta mekanismerna för väteöverföringsreaktioner samtidigt som man tar hänsyn till andra variabler som kvanttunnel och nollpunktsenergi . Hammes-Schiffer hävdar att NEO-metoden är avsevärt fördelaktig jämfört med andra metoder som innehåller kärnkvanteffekter på grund av metodens förmåga att beräkna vibrationstillstånd, dess undvikande av Born–Oppenheimer approximation och dess uppenbara och inneboende inkorporering av kvanteffekter .

I sin studie, publicerad i september 2016, bidrog Hammes-Schiffer till att upptäcka effekterna av det aktiva stället för magnesiumjonen i det Scissile Fosfat- kofaktorkomplexet . Hon upptäckte att istället för magnesiumjonen som ligger i centrum av komplexet, ligger jonen på en separat plats, kallad Hoogsteen Face, där den sänker komplexets pKa för att underlätta en deprotoneringsreaktion som är nödvändig för en självklyvning reaktion.

Heder och utmärkelser

Hammes-Schiffer är medlem i American Physical Society (2010), American Chemical Society (2011), American Academy of Arts and Sciences (2012), American Association for the Advancement of Science (2013), National Academy of Sciences (2013) och Biophysical Society (2015). Hon valdes in som medlem av International Academy of Quantum Molecular Science 2014.

Hammes-Schiffer har mottagit ett antal utmärkelser, inklusive följande:

• 1996, Faculty Early Career Development (CAREER) Award, National Science Foundation (NSF), för hennes arbete med "The Incorporation of Quantum Effects in the Simulation of Proton Transfer Reactions"
• 2005, Iota Sigma Pi Agnes Fay Morgan Research Award
• 2005, International Academy of Quantum Molecular Science Medal
• 2008, American Chemical Society Akron Section Award
• 2011, "Method to Extend Research in Time" (MERIT), National Institutes of Health (NIH), ett 10-årigt forskningsbidrag för att stödja hennes arbete
• 2020, Bourke Award från Royal Society of Chemistry
• 2021, American Chemical Society Award i teoretisk kemi
• 2021, Willard Gibbs Medal Award från American Chemical Society Chicago Sektion

Vidare läsning

•    Ahmed, Farooq (14 december 2015). "Frågor och svar med Sharon Hammes-Schiffer" . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 113 (1): 8–9. Bibcode : 2016PNAS..113....8A . doi : 10.1073/pnas.1523055113 . PMC 4711864 . PMID 26668373 .