2013 노벨화학상, 미국 카플러스 등 과학자 3명 공동수상

 

노벨화학상에 美 카플러스ㆍ레비트ㆍ워셜 공동 수상

 

화학반응 과정 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석 위한

`다중척도 모델링` 기초 마련 "미시ㆍ거시적 체계

모두에 적용되는 범용성"의 강점 높이 사

… 화학연구 새 장 열어

 

왼쪽부터 순서대로 2013년 노벨화학상을 받은 마틴 카플러스(83) 하버드대 교수와 마이클 레비트(66) 스탠퍼드대 교수, 아리 워셜(73) 서던캘리포니아대(USC) 교수. 이들은 복잡한 화학반응을 컴퓨터로 예측하는 프로그램을 개발해 화학 연구의 새 장을 연 공로로 노벨화학상 수상의 영광을 안았다.

　

올해 노벨화학상의 영예는 `다중척도 모델링`으로 복잡한 화학반응 과정을 컴퓨터 시뮬레이션(모의실험)으로 분석하는 연구법을 개발한 미국 학자 세 명에게 돌아갔다.

　

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일(이하 현지시간) 기자회견을 열고 올해 노벨화학상은 마틴 카플러스(83) 하버드대 교수와 마이클 레비트(66) 스탠퍼드대 교수, 아리 워셜(73) 서던캘리포니아대(USC) 교수 등 3명이 공동 수상한다고 발표했다.

 

왕립과학원은 "이전까지 화학자들은 플라스틱 공과 막대를 가지고 화학분자 모델을 분석했으나 1970년대에 이들이 개발한 컴퓨터 모델 덕에 현재는 이제는 컴퓨터로 화학작용을 예측하고 이해하게 됐다"며 이런 공로를 인정해 이들 세 명을 수상자로 선정했다고 설명했다.

　

화학자들은 분자 단위로 빛에 가까운 속도로 일어나는 화학반응을 단계별로 세밀하게 분석하는 데에 어려움을 겪어왔다.

　

카플러스와 레비트, 워셜은 이런 복잡한 화학반응 과정과 분자 조합을 계산ㆍ예측하고자 컴퓨터를 기반으로 다층적 분석 모델을 고안했다. 실제 실험 이전 단계에서 화학 반응을 이론적으로 예측할 수 있도록 한 연구 방법이다.

　

이전에도 컴퓨터를 이용한 화학분석 모델은 존재했지만 거시 세계를 다루는 고전물리와 미시 세계를 다루는 양자물리 가운데 하나의 접근법을 선택 적용해야 한다는 점에서 한계가 있었다.

　

고전물리를 기반으로 한 분석은 계산이 비교적 단순하고 큰 분자에도 적용 가능하지만 반응 진행 과정을 시뮬레이션하는 데에는 사용하기 어려웠고, 양자물리 모델은 고전물리의 약점을 보완한 대신 엄청난 용량의 데이터를 처리해야 하기 때문에 작은 크기의 분자 분석에만 겨우 적용할 수 있었다.

　

카플러스와 레비트, 워셜이 개발한 연구법은 이런 고전물리와 양자물리의 분석 방법을 한데 아우르는 범용성을 지녔다는 점에서 화학연구의 새 장을 열었다는 평가를 받는다.

　

이론화학의 대가로 분자와 원자 구조에 대한 `카플러스 함수`를 개발한 카플러스는 1970년대 하버드대에서 양자물리를 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 `참`(CHARMM)을 고안, 이 분야 연구의 선구자 역할을 했다.

　

워셜은 카플러스의 연구실에 가세해 고전물리 기반 분석 모델을 접목시킨 인물이다.

　

카플러스와 워셜은 1972년 자유전자 분석에 양자물리를, 기타 다른 전자와 원자핵 분석에는 고전물리를 각각 적용한 연구 결과를 발표했는데 이는 화학에서 고전과 양자 물리를 접목한 최초의 연구로 관련 분야에 신기원을 열었다는 평을 받고 있다.

　

레비트는 워셜과의 공동 연구로 한단계 더 나아가 1976년 효소반응 연구를 통해 크기에 관련 없이 사실상 모든 분자의 화학반응을 시뮬레이션할 수 있는 모델을 발표했다.

　

이들이 개발한 분석방법 덕에 식물의 광합성 작용이나 촉매를 이용한 배기가스 정화 같은 복잡한 화학반응을 자세히 분석할 수 있게 됐다.

　

특히 단백질 구성물질인 아미노산같이 큰 분자를 다룰 이론적 계산이 가능해지면서 갈수록 중요성이 더해지는 생명과학 연구 발전에도 기여했다고 왕립과학원은 전했다.

　

워셜은 수상 발표 직후 전화연결에서 "매우 기분이 좋다"며 오는 12월 스톡홀롬에서 열리는 시상식을 고대하고 있다고 말했다.

　

이어 "간단히 말해 우리는 컴퓨터를 활용해 단백질의 구조를 이해하고 그 활동을 정확히 이해하는 방법을 개발한 것"이라며 "이는 마치 시계를 보고 시계가 어떻게 작동하는지를 보는 것과 같다"고 설명했다.

　

레비트도 "진한 에스프레소 커피 세잔을 들이킨 것처럼 심장이 뛴다. 믿을 수가 없다"며 "스톨홀름에서 (수상소식을 알리는) 전화가 왔을 때 잘못 걸린 걸려온 줄 알았다"고 흥분을 감추지 않았다.

 

캘리포니아주의 자택에서 AFP통신과의 인터뷰에 응한 그는 노벨상 수상의 영광을 안긴 연구에 대해 "박사후 과정에 들어가기 전 스무살 때 만든 컴퓨터 프로그램"이라고 회상하며 "내가 그때 프로그램을 꽤 잘 만든 것 같다"며 웃었다.

　

시상식은 노벨상 창시자 알프레드 노벨의 기일인 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열리며, 부문별 수상자들에게는 상금 800만 크로네(14억 3,000만원)가 주어진다.

 

 

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이들은 복잡한 화학반응을 컴퓨터로 예측하는 프로그램을 개발해, 화학 연구의 새 장을 열었다고 평가받고 있다.  화학반응의 컴퓨터 분석을 위한 '다중척도 모델링'의 기초를 마련하면서,  미시·거시적 체계 모두에 적용되는 범용성을 보여  눈길을 끌었다.

 

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 "이전까지 화학자들은 플라스틱 공과 막대를 가지고 화학분자 모델을 분석했으나, 1970년대에 이들이 개발한 컴퓨터 모델 덕에 이제는 컴퓨터로 화학작용을 예측하게 이해하게 되었다"면서 이런 공로를 인정,  이들 세 명을 수상자로 선정했다고 밝혔다.

 

수상의 영예를 안은 워셜은 "매우 기분이 좋다"며, 오는 12월 스톡홀롬에서 열리는 시상식을 고대하고 있다고 말한다.

 

이어 "간단히 말해 우리는 컴퓨터를 활용해 단백질의 구조를 이해하고 그 활동을 정확히 이해하는 방법을 개발한 것"이라며  "이는 마치 시계를 보고 시계가 어떻게 작동하는지를 보는 것과 같다"고 설명했다.

 

레비트도 "진한 에스프레소 커피 세잔을 들이킨 것처럼 심장이 뛴다. 믿을 수가 없다"며 "스톨홀름에서 수상소식을 알리는 전화가 왔을 때 잘못 걸린 걸려온 줄 알았다"고 전했다.