분자반응 분석 시뮬레이션 개발 -노벨화학상

‘현대화학 비약적 발전 기여’ 카르플루스, 레빗, 와르셸 수상자 영예

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해 노벨화학상은 단백질 등 큰 분자의 화학적 성질을 알아내는 시뮬레이션 프로그램을 만들어 현대화학의 비약적 발전에 기여한 마르틴 카르플루스(83)와 마이클 레빗(66), 아리에 와르셸(73)에게 돌아갔다. 노벨상을 주관하는 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일(현지시각) “현대 이론화학(계산화학) 분야에서 큰 분자의 성질이나 분자끼리의 반응을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 개발한 마르틴 카르플루스 프랑스 스트라스부르대 및 미국 하버드대 교수와 마이클 레빗 미국 스탠퍼드의학대학원 교수, 아리에 와르셸 서던캘리포니아대 교수를 노벨화학상 수상자로 선정했다”고 발표했다.


화학자들은 사물과 생명 현상을 이해하기 위해 분자의 성질을 밝히려 20세기 물리학계에 등장한 양자역학을 적용해 ‘가우시안’(GAUSIAN)이라는 프로그램을 개발했다. 개발자인 존 포플은 1998년 노벨상을 받았다. 그러나 가우시안은 작은 분자들의 반응을 설명하고 예측하는 데는 뛰어났지만, 단백질처럼 큰 분자의 성질이나 반응을 설명해내는 데는 한계가 있었다.


카르플루스 그룹은 현재의 컴퓨터 성능으로는 큰 분자를 양자역학적 방법으로 설명하기에 불가능함을 극복하기 위해 고전역학적 방법을 섞어 쓰는 방법으로 새로운 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 ‘참’(CHARMM)을 개발하는 이론적 기초를 닦았다. 레빗과 카르플루스의 박사후과정 제자인 와르셸은 1970년 ‘참’을 개발하는 토대가 되는 ‘멀티스케일 시뮬레이션’(다첩도 모사) 논문을 발표했다.


이덕환 서강대 교수(이론화학)는 “대다수 화학자들은 이들의 이론을 토대로 개발된 프로그램들을 사용하고 있으며, 과학 논문에 등장하는 단백질 구조 사진은 대부분 이들 프로그램으로 모사한 것들”이라고 말했다. ‘참’을 연구하고 있는 이영민 포항공대 화학과 교수는 “이들이 만든 프로그램 덕에 촉매 작용으로 배기가스를 정화하거나 식물의 녹색잎이 광합성을 하는 과정을 이해할 수 있게 됐다. 신약이나 촉매를 디자인하는 데도 쓰인다”고 했다.


카르플루스와 인연이 있는 인물로는 ‘참’ 개발에 참여한 원영도 한양대 화학과 교수와 1980년 첫 한국인 제자인 이상엽 서울대 화학부 교수가 있다.


이근영 한겨레 선임기자 kylee@hani.co.kr

* 이 글은 <한겨레> 10일치에 실린 기사입니다.


[노벨위원회 해설자료에 실린 설명그림]

출처: 해설자료1, 해설자료2

 

00nobelchem6.jpg » "뉴턴과 슈뢰딩거 고양ㅇ. 이전에는 고전물리학과 양자화학은 서로 경쟁하는 두 세계에 속해 있었다. 2013년 노벨상 수상자들은 이 두 세계를 잇는 문을 열었으며 협력연구의 융성을 가져다주었다." 출처/ 노벨위원회 해설자료
00nobelchem2.jpg » “폴리펩티드(polypeptide) 사슬의 상세 구조(맨위)는, 아미노산 잔기(amino acid residue)를 상호작용 볼룸으로 구분해(중간) 단순화할 수 있다. 그렇게 해서 만들어진 구슬 끈 같은 구조(아래)가 시뮬레이션 용도에 사용된다.” 출처/ 노벨위원회 해설자료

00nobelchem4.jpg » “리조자임(lysozyme, 효소의 일종)이 클리코시드(glycoside) 사슬을 어떻게 자르는지 이해하려면 양자화학을 사용해서 그 시스템에서 관련 부분만을 모형화하고 주변의 대부분은 분자역학이나 연속체 모형을 사용해서 다뤄야 한다. 그림은 A. Warshel and M. Levitt, J. Mol. Biol. 103, 227, 1976.에서 가져왔다.” 출처/ 노벨위원회 해설자료


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이근영 한겨레신문사 과학담당 선임기자
때론 현미경으로 과학, 과학자의 속살을 들여다보고 때론 멀리서 망원경으로 방관하는 문과 출신 과학기자. 과학과 대중의 소통과 과학기자의 역할에 관해 연구 중.
이메일 : kylee@hani.co.kr      

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