1930년 3월 15일, 미국의 화학자•노벨 화학상 수상자 마르틴 카르플루스 (Martin Karplus, 1930 ~ ) 출생

1930년 3월 15일, 미국의 화학자•노벨 화학상 수상자 마르틴 카르플루스 (Martin Karplus, 1930 ~ ) 출생

마르틴 카르플루스 (Martin Karplus, 1930년 3월 15일 ~ )는 미국의 이론학자이다.

2013년에 컴퓨터로 화학 반응을 예측하고 이해하는데 이론적 기초를 제공한 공로를 인정받아 마이클 레빗, 아리 워셜과 함께 노벨 화학상을 수상하였다.

– 마르틴 카르플루스 (Martin Karplus)

.출생: 1930년 3월 15일 (92세), 오스트리아 빈

.국적: 미국, 오스트리아

.분야: 이론화학

.학력: 캘리포니아 공대 (1950 ~ 1953년), 하버드 대학교 (1947 ~ 1950년), 뉴턴 노스 하이 스쿨

.지도 교수: 라이너스 폴링

.소속: 하버드 대학교, 스트라스부르 대학교, 컬럼비아 대학교, 일리노이 대학교 어배너-섐페인

.주요업적: 복합 화학시스템의 다규모 모델 개발

.수상: 어빙 랭뮤어상 (1987년), ForMemRS (2000년), 라이너스 폴링상 (2004년), 노벨 화학상 (2013년)

2013년 노벨화학상은 단백질 등 큰 분자의 화학적 성질을 알아내는 시뮬레이션 프로그램을 만들어 현대화학의 비약적 발전에 기여한 마르틴 카르플루스와 마이클 레빗, 아리에 와르셸에게 돌아갔다. 노벨상을 주관하는 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 “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’ (GAUSSIAN)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.

○ 생애 및 활동

1930년 오스트리아의 수도 빈에서 유대인 명문가의 아들로 태어났다.

나치세력으로 그는 유년시절 힘든 일을 많이 겪어야 했다. 어릴적 그와 그의 형제들은 ‘더러운 유대인’이라고 불리며 친구들에게 놀림과 따돌림을 당했다.

나치 독일군이 1938년 오스트리아를 점령했을 때, 카를프루스는 그의 어머니와 형제들과 스위스로 도피하였다. 트라우마가 생길 만큼 힘든 그에게는 너무 시간이였고, 그의 아버지는 오스트리아 빈 감옥에 갇혀 함께 도망할 수 없게 되었다.

인질로 잡혀간 그의 아버지와 연락이 끊겼고, 미국으로 떠나기 위해 프랑스 항구 르아브르에서 대서양 횡단 여정을 준비할 때 까지도 그의 아버지 소식을 들을 수 없었다.

정말 극적으로 배가 떠나기 전 그의 아버지가 나타났고 그의 가족들은 계획했던대로 뉴욕 행 배에 오를 수 있었다고 한다. 시간이 지나고 난 뒤에야 카르플루스는 그의 삼촌이 그의 아버지를 감옥에서 꺼내기 위해 50,000달러 보증서를 제출한 것을 알게 되었다고 한다.

매사추세츠주의 뉴턴노스하이스쿨(Newton North High School)을 거쳐 1950년 하버드대학교에서 학사학위를 취득하였고, 1953년 캘리포니아공과대학(Caltech)에서 노벨화학상 수상자인 라이너스 폴링(Linus Pauling)을 지도교수로 하여 화학 박사학위를 취득하였다.

1953~1955년 영국 옥스퍼드대학교에서 찰스 쿨슨(Charles Coulson)의 지도하에 박사후 연구원 과정을 수료하였다.

이후 1957~1960년 일리노이대학교 어버너-섐페인캠퍼스, 1960~1966년 컬럼비아대학교를 거쳐 1966년 하버드대학교 화학과 교수로 부임한 뒤 1979년 시어도어 리처즈 (Theodore W. Richards)의 이름을 딴 명예교수가 되었다.

1996년부터 프랑스 스트라스부르대학교 교수를 겸하며 프랑스국립과학센터(CNRS)와 스트라스부르대학교가 공동 운영하는 생물물리화학 연구소장을 맡고 있다.

카르플루스는 1970년대 초에 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 ‘참 (CHARMM)’을 고안하였고, 핵자기공명 (NMR)에 적용되는 ‘카르플루스 방정식 (Karplus equation)’을 개발하는 등 핵자기공명분광법·화학역학·양자화학 등 물리·화학 전반에 걸쳐 업적을 쌓은 이론화학의 대가로 꼽힌다.

2013년 마이클 레빗 (Michael Levitt), 아리에 와르셸 (Arieh Warshel)과 함께 복합 화학시스템의 다규모 모델을 개발하여 현대 화학의 비약적 발전에 기여한 공로로 노벨화학상을 수상하였다.

이밖에 1993년 미국화학학회의 이론화학상 (Theoretical Chemistry Award), 2004년 폴링 상 (Pauling Award), 2010년 러셀 베어리언 상 (Russell Varian prize) 등을 수상하였다.

미국과학아카데미 (National Academy of Sciences)와 미국예술과학아카데미 (American Academy of Arts and Sciences) 회원이자 세계 분자과학 분야의 명예의 전당이라 불리는 양자분자과학원 (International Academy of Quantum Molecular Science；IAQMS) 회원이며, 과학 학술지 《분자인식 저널 Journal of Molecular Recognition》 《컴퓨터화학 저널 Journal of Computational Chemistry》의 자문위원이기도 하다.

○ 노벨상 시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분,

올해의 노벨상 수상자는 물리학으로부터 시작된 모델을 기반으로 이론을 발전 시켜 온 화학자 마르틴 카르플루스, 마이클 레빗, 아리 워셜 교수님입니다. 우리는 분자의 세계를 조사하고 기능과 화학 시스템의 현상을 이해하기 위해 컴퓨터의 도움을 받아 사용합니다. 이 체계 출현에 대한 전망을 내다 보기 위해서는 50년 전으로 돌아가 생각해 보아야 합니다.

그 당시, 저는 화학과 처음 접했습니다. 란스크로나에서 중학생 이였고, 운이 좋게도 교수보다 화학분야에 더 많은 경험을 갖고 있던 훌륭한 선생님께 배울 수 있었습니다. 선생님의 경험과 지식은 우리 학생들을 매료시켰고 그의 가르침이 없었다면 저는 이 자리에 서있지 못했을 겁니다.

하지만 화학은 그 때 이후로 완전히 변했습니다. 모든 분야가 엄청난 속도로 계발되었지만 다른 무엇보다도 세 가지가 이 과정들을 특징지었다는 제 의견에 많은 화학자들이 동의할 것이라고 생각합니다. 첫 번째로, 화학과 생물의 경계는 완전히 바뀌었고, 오늘날의 화학은 삶의 과학이며, 화학의 언어는 화학, 생물학, 의학 전문가들이 삶의 과정을 설명할 때 사용하는 언어가 되었습니다.

두 번째로, 화학은 이론을 제시해 왔습니다. 화학과 물리학 사이의 경계선은 거의 사라졌고, 오늘날 많은 스웨덴과 외국 대학에서는 이론 화학,화학 물리학 그리고 나노 과학과 같은 연구 분야가 있습니다. 화학자들은 물리학 용어의 부분을 썼습니다.

세 번째 변화는 화학뿐 만 아니라 우리 사회에서도 발생하였습니다. 컴퓨터가 우리 삶의 많은 양상으로 바뀌었습니다. 오늘날 우리는 컴퓨터가 내장되어있지 않은 자동차, 세탁기, 분광 광도계 또는 다른 이화학 기구를 찾아 볼 수가 없습니다. 컴퓨터는 우리 삶의 모든 부분에 사용됩니다. 특히, 그들은 모형 화학 시스템과 프로세스에 사용되며 종종 물리학으로부터 불러들어온 방정식을 바탕으로 합니다. 이 모델링은 매우 거대한 컴퓨터 자원을 요구하며 방정식과 근사치의 선택이 필수적입니다.

올해 노벨상 수상자들의 연구는 발전의 경계의 결함에 있습니다. 초기 단계에서 그들은 컴퓨터를 구비하는 것의 중요성을 깨달았고, 화학 시스템과 프로세스를 설명하기에 적합한 이론을 물리학으로부터 차용한 이론을 기반으로 효율적인 컴퓨터 모델을 계발했습니다. 그들의 모델과 아이디어는 화학의 모든 분야에 사용될 수 있지만, 생화학과 분자 생물학 분야에 가장 중요한 부분일 것입니다. 아마 이 연구의 가장 중요한 양상은 화학 시스템의 이론적 모델링이 왜 프로세스가 발생하는지 혹은 발생하지 않는지에 관한 통찰력을 갖게 해주며, 엔자임이나 촉매의 활동을 향상시킬 수 있게 해줍니다.

마르틴 카르플루스, 마이클 레빗, 아리 워셜 교수님. 당신이 화학 시스템의 특성과 활동을 연구하여 계발해온 아이디어와 이론은 화학의 많은 부서에 혁명을 일으켰고, 가장 세밀한 부분에 있어서 화학 시스템의 활동을 연구 할 수 있게 되었습니다. 이 사실은 엄청난 성과이며, 스위스 아카데미 과학 국왕을 대신하여 우리의 진심어린 축하를 전달하기를 소원하며, 앞으로 나와 장엄한 왕께서 주시는 상을 받으시 바랍니다. _ 스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 뵈리 요한손

-15년만에 노벨상 받은 이론화학자들

• 노벨화학상, 마르틴 카르플루스·마이클 레빗·아리에 와르셸 이론화학자 3명 공동 수상

2013년 올해 노벨화학상은 단백질 등 거대분자의 구조와 복잡한 화학반응을 예측할 수 있는 컴퓨터 프로그램과 분석방법을 만든 마르틴 카르플루스 하버드대 화학과 명예교수와 마이클 레빗 스탠퍼드대 구조생물학과 교수와 와르셀 남캘리포니아대(USC) 생화학 및 화학과 교수에게 돌아갔다.

스웨덴 노벨상위원회는 2013년 10월 9일 “과거 화학자들은 플라스틱 공과 막대를 가지고 화학분자 모델을 분석했으나 이들이 1970년대 개발한 컴퓨터 모델 덕에 이제는 컴퓨터로 화학작용을 예측하고 이해하게 됐다”고 수상자 선정 이유를 밝혔다.

이들은 화학 분석에 양자역학과 고전역학을 적용해 분자 내부의 세밀한 구조와 화학반응까지 컴퓨터로 모델링(보이지 않는 분자 내부의 모습을 시각적으로 표현하는 것) 할 수 있는 다층적 분석 모델을 고안했다.

카르플루스 교수가 만든 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 ‘참(CHARMM)’은 거대분자의 구조와 화학반응을 예측한다. 현재 이 프로그램은 전 세계 화학연구실에서 신약과 촉매 개발용으로 쓰이고 있다. 이론화학의 대가로 분자와 원자 구조에 대한 ‘카르플루스 함수’를 개발했다.

레빗 교수와 와르셸 교수는 가까운 원자에 대해 양자역학을, 먼 원자에 대해 고전역학을 각각 적용하는 ‘QM/MM’이라는 분석 방법을 개발했다. 이 방법은 CHARMM에 적용됐다.

○ 저서·논문

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참고 = 위키백과, 노벨상위원회

크리스천라이프 편집부