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최근 생명과학 분야에서는 생물학적 지식뿐만 아니라 타 학문 분야에서의 중요한 개념 및 연구 방법들과의 융합에 의해서 이전에는 생각하지 못하던 학문적 발전이 많이 이루어지고 있다. 과거에 생명/생물현상을 바라보던 우리의 정성적 관점이 물리학, 화학, 수학, 컴퓨터 과학 등에서 통용되던 이론적 및 정량적 관점과 결합되어서 생명/생물현상을 분석하고 이해하며 예측할 수 있는 발상의 전환이 가능하게 되었다. 단백질 연구에서 가장 중요한 문제는 아미노산(amino acid)들의 서열로부터 단백질의 자연상태(native state)의 구조, 생명과학적 기능 및 응용성을 예측하고 접힘 동역학(folding kinetics)의 원리를 규명하는 것이다. 우리가 현재 알고 있는 것은 불과 수천 가지 정도의 단백질의 고유한 대표적 구조들과 그에 해당하는 아미노산의 서열들이다. 아미노산의 새로운 서열이 주어졌을 때 그것의 자연상태의 구조를 예측하고 접힘 동역학을 이해 및 규명하는 것은 기초 학문적으로 뿐만 아니라 생명과학 및 의학적으로도 큰 의미를 가진다. 이를 위해서 근본적으로는 실제 단백질의 에너지함수를 알아야 하며, 이것을 바탕으로 단백질의 열역학적, 동역학적 성질을 정량적으로 규명하는 지식/기술을 개발/응용하는 것이 필수적이다.
본 강연에서는, 구조 단백질체학(structural proteomics)에서 가장 중요한 연구과제인 단백질접힘과 접힘동역학을 중점적으로 연구, 개발하기 위한 생명과학, 통계물리학 및 supercomputing 계산이 결합된 학제간 융합연구인 이론/계산 단백질체 생물물리학의 사례를 소개하고자 한다. 단백질을 구성하는 아미노산들이 형성하는 구조적자유도를 스핀자유도로 치환하고, 단백질접힘에 관한 평형열역학 및 비평형동역학을 기술하는 자유에너지함수의 모형을 자성체를 기술하는데 흔히 사용되는 Ising model의 Hamiltonian과 유사하게 설정한다. 단백질 에너지함수가 구축되고 나면 물리학자들은 통계물리학에서 사용되는 여러 가지 개념과 모형들을 이용하여 단백질의 여러 가지 열역학적 및 동역학적인 특성들을 계산하고 예측할 수 있다. 이러한 모형을 이용한 연구결과들이 어떻게 단백질 과학의 분야에 적용되는 지에 대하여 함께 토론하고자 한다. 또한 이 강연을 통하여 많은 젊은 물리학도들이 생명과학 분야의 중요한 문제들에 관심을 가지는 계기가 되기를 바란다.