총설에 부쳐
성봉준 | 서강대학교 화학과, bjsung@sogang.ac.kr
화학과 생명과학은 떼려야 뗄 수 없는 관계를 갖고 있습니다. 화학의 가장 중요한 분야인 생화학을 언급할 필요도 없이, 화학자는 생물계를 중요한 연구 대상으로 여기고 있으며, 생명과학자는 화학 이론과 실험 기법을 생명 과학 연구에 활발히 사용하고 있습니다. 지난 수십 년간 화학과 생명과학의 공존 관계는 더 깊어지고 넓어졌습니다.『Physical Biology of the Cell』의 저자인 Caltech의 Rob Philips 교수님은 생명과학 분야에 지난 50년간 방대한 양의 정량 실험 데이터가 축적되었고, 이제는 방대한 정량 데이터를 해석하고 의미를 찾아가는 과정이 필요 하다고 주장하였습니다. 또한, 생명과학 연구가 정성적인 결과를 얻는 데서 넘어 정량적인 이해를 구하는 패러다임 전환 중간에 있으며, 이를 위해서 복잡한 생물계를 체계적으로 탐구할 수 있는 물리화학의 역할을 강조하였습니다. 따라서, 화학세계 10월호, 11월호, 12월호 총설에는 “생물 복잡계에 대한 물리화학 연구”를 주제로 물리화학자들이 복잡한 생물계를 이해하기 위해 개발한 이론과 실험 연구를 소개하고자 합니다. 10월호에는 중앙대학교 성재영 교수님께서 “단일효소 동력학과 세포화학동력학” 에 대해 이야기해 주시고, 11월호에는 서울대학교 이남기 교수님께서 “단분자 이미징을 이용한 유전자발현 동역학 연구”에 대해 소개해 주실 예정입니다. 12월호에는 고려대학교 심상희 교수님께서 “유전체 3차원 구조의 초고해상도 이미징”에 대해 논의해 주실 예정입니다.
생물계는 대표적인 복잡계입니다. 복잡계는 분자 간 상호 작용이 중요한 계(system)로 (i) 비선형성, (ii) 비평형, (iii) 무작위성을 특징으로 하는 다체계(many-body system)입니다. 생물계는 당연히 많은 원자와 분자로 이뤄진 다체계이며, (i) 대부분 비평형 상태에 있으며, (ii) 외부 자극 (온도, pH, 외력 등)에 비선형적으로 감응하고, (iii) 단백질 등의 생체 분자들은 무작위 하게 움직입니다. 통계 열역학은 복잡계의 여러 물성을 이해하고 예측하는 이론적 토대를 제공해 줍니다. 따라서, 생물계를 이해하는데 통계 열역학은 핵심적인 역할을 할 수밖에 없으며, 통계 열역학을 공부하는 이론화학자들은 생물계에 지대한 관심을 가질 수밖에 없습니다. 중앙대학교 성재영 교수님은 생명 현상을 이해하는 데 있어 통계 열역학이 어떻게 성공적으로 공헌하는지 체계적으로 설명해 주실 예정입니다. 생물계를 살펴보는 실험 방법은 매우 다양합니다. 각각의 실험 방법은 나름의 장단점을 지니고 있고, 화학자들은 실험 방법이 갖는 단점을 극복하기 위해 꾸준한 노력을 해왔습니다. 2014년 노벨 화학상은 초고해상도 형광현미경을 개발해 살아있는 세포를 분자 수준에서 관찰할 수 있게 만든 세 명의 과학자에게 수여되었습니다. 이러한 단분자 이미징은 세포 안에서 DNA의 전사 과정과 단백질 구조 변화를 실시간으로 관찰할 수 있게 해주기 때문에, 생명 과학 연구에 새로운 장을 열어준 실험 방법으로 인정받고 있습니다. 이러한 실험 방법은 생명계 뿐만 아니라 2차전지 개발, 반도체 개발 등에도 활용될 수 있기 때문에 그 가능성은 매우 넓습니다. 서울대학교 이남기 교수님과 고려대학교 심상희 교수님은 단분자 이미징이 유전자발현 동역학과 유전체의 3차원 구조를 밝히는데 어떻게 활용되는지 상세히 알려주실 예정입니다.
성봉준 Bong June Sung
• 서울대학교 화학과, 학사(1995-1999)
• 서울대학교 화학과,석사(1999-2001)
• University of Wisconsin at Madison, 박사 (2001-2006)
• University of Wisconsin at Madison,박사 후 연구원 (2006-2007)
• 서강대학교 화학과 교수(2007-현재)
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