「세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 분광화학」이 2026년 11월 17일 나왔다. 지은이는 정완상 지음이다. 펴낸 곳은 성림원북스이다.
분야는 과학, 정가는 24,500원, ISBN은 9791124072394이다.
책소개는 다음과 같다.
>> 빛과 색의 역사부터 마틴 챌피의 녹색형광단백질 발견까지 의약품, 환경, 산업, 천문학 등에 활용되는 분광화학 파헤치기
★ 전국 과학교사모임 추천
★ 일대일 친절한 과학 수업
★ 이공계 진학 예정자 필독서
★ 노벨상 수상 논문 영문본 수록 〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈의 24번째 책으로, 분광화학을 개척하고 발전시킨 노벨상 수상자들의 논문을 수많은 과학 교양서를 집필한 정완상 교수의 필력으로 쉽고 재밌게 살펴본다. 분광화학은 빛을 이용해 물질의 성분과 특성을 알아내는 학문이다.
분광화학은 제약, 의학, 환경, 식품, 산업, 천문학 등 다양한 분야에 활용되면서 인류의 삶에 크게 기여한 과학 분야이다.
오늘날 우리나라는 반도체와 이차전지 강국이 되었는데, 반도체와 이차전지뿐만 아니라 여러 산업분야에서 분광화학이 이용되고 있다. 이 책은 인류가 색과 빛을 이해하고, 이를 물질과 생명현상을 연구하는 과학적 도구로 발전시켜 온 과정을 소개했다.
제1장에서는 고대의 천연 안료와 염료에서 합성염료가 등장하기까지, 인간이 색을 만들고 그 화학적 원리를 이해해 온 역사를 살펴본다. 제2장에서는 빛의 분산과 스펙트럼, 색과 파장의 관계를 알아보며 색을 물리적으로 측정하게 된 과정을 소개한다.
제3장에서는 분광학이 발전하면서 눈으로 직접 볼 수 없는 원소와 물질까지 분석할 수 있게 된 과정을 살펴본다. 제4장에서는 분광화학이 의약품, 환경, 식품, 산업, 천문학 등 다양한 분야에 활용되면서 현대 과학과 산업의 중요한 분석기술로 발전한 과정을 소개한다.
제5장에서는 인간이 빛과 색을 분석하는 것을 넘어 원하는 이미지와 색을 만들어내는 데까지 발전한 디스플레이의 역사를 살펴본다.
제6장에서는 녹색형광단백질(GFP)을 이용해 살아 있는 세포 속의 단백질과 생명현상을 관찰할 수 있게 된 과정을 살펴보며, 빛이 물질을 분석하는 도구를 넘어 생명을 이해하는 강력한 도구가 된 과정을 알아본다.
이 책은 부록으로 분과화학을 이용해 태양에 존재하는 헬륨의 스펙트럼이 지구에도 존재한다는 것을 입증한 램지, 예쁜꼬마선충에서 녹색형광단백질을 발현시킨 챌피, 녹색형광단잭질의 구조와 형광이 나타나는 원리를 밝힌 치엔의 논문을 실어 더 깊은 탐구와 이해를 돕고 있다.
세포 속의 단백질과 생명현상을 관찰하는 도구가 된 녹색형광단백질, 녹색형광단백질을 발현시킨 챌피와 그에 관한 연구를 체계적으로 정리한 치엔의 논문 속으로!
오늘날 우리는 암세포의 증식과 전이, 바이러스 감염 등을 실시간으로 관찰하며 치료할 수 있는데, 녹색형광단백질이 발견되기 전까지 감염이 얼마나 발생하고 있는지를 정확히 알지 못했다. 그래서 사망하는 사례가 매우 많았다.
오늘날 녹색형광백질은 생명과학 연구에서 매우 흔하게 사용되기 때문에 인간이 연구를 위해 만든 물질이라고 생각하기 쉽지만, 사실은 해파리에서 우연히 발견되었다.
1960년, 시모무라 오사무는 해양 생물의 발광 현상을 연구했는데, 에쿠오레아 빅토리아(Aequorea victoria)라는 해파리에서 스스로 빛을 내는 단백질인 에쿼린(aequorin)을 분리하고, 그것을 정제하는 과정에서 녹색형광단백질을 발견했다.
그런데 시모무라는 생물 발광의 원리를 밝히는 데 연구의 초점을 맞추고 있었기 때문에, 녹색형광단백질이 훗날 생명과학을 혁신할 것이라고는 미처 예상하지 못했다.
1988년, 마틴 챌피는 신경생물학자 폴 브렘이 해파리의 녹색형광단백질을 소개하는 세미나에 참석했는데. ‘만약 녹색형광단백질이 다른 생물에서도 스스로 형광을 낸다면 살아 있는 세포에서 유전자의 활동을 직접 볼 수 있지 않을까?’라고 의문을 품었다.
녹색형광단백질 유전자를 예쁜꼬마선충의 특정 신경세포에서 발현되도록 만들고, 실제로 살아 있는 선충에서 형광이 나타나는지를 실험했다. 그 결과, 녹색형광단백질을 발현한 신경세포에서 선명한 녹색 형광이 나타났다.
이 연구는 녹색형광단백질이 살아 있는 다세포 생물의 특정 세포를 표시하고, 유전자 발현을 관찰하는 표지자로 사용할 수 있음을 증명했다.
그러나 그 당시에 녹색형광단백질을 연구 도구로 사용하기에는 여러 한계가 있었다. 초기의 녹색형광단백질은 형광이 충분히 밝지 않았고, 세포 안에서 완전히 성숙하는 데 시간이 오래 걸렸다. 또한 강한 빛을 오래 비추면 형광이 빠르게 약해지는 광표백이 일어났고, 사용할 수 있는 색도 녹색 하나뿐이었다.
로저 치엔은 이러한 문제를 해결하기 위해 녹색형광단백질의 원자 수준의 입체 구조를 분석하고, 단백질을 구성하는 아미노산 하나하나의 역할을 연구했다.
그리고 특정 위치의 아미노산을 다른 아미노산으로 바꾸는 점 돌연변이(point mutation)를 설계하여 형광의 밝기와 안정성, 성숙 속도, 색깔을 원하는 방향으로 바꾸는 데 성공했다.
이후 생명과학 연구에 녹색형광단백질이 널리 활용되었다. 녹색형광단백질을 이용해 살아 있는 세포 속에서 분자의 움직임을 직접 관찰할 수 있게 되면서 암을 비롯한 여러 질병에 시달리던 인류의 건강은 크게 개선되었다. 2008년, 시모무라 오사무, 마틴 챌피, 로저 치엔은 녹색형광단백질의 발견과 개발에 기여한 공로로 노벨 화학상을 공동 수상했다. 이 책은 챌피와 치엔의 논문을 부록으로 수록했다.
전공서보다는 가볍게, 교양서보다는 묵직하게 겉핥기가 아닌 깊이 있는 과학책을 찾는다면!
이공계로 진학할 예정인가? 물리학 또는 화학에 관심이 많다고? 과학사 외에도 이론을 심도 있게 설명하는 책을 찾고 있나? 여기 〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈가 있다.
말 그대로 노벨상 수상자들이 쓴 오리지널 논문을 통해 과학 이론을 배우는 책이다. 교과서나 다른 매체로 가볍게 접한 유명 이론을 과학자가 논문에서 어떻게 풀어냈는지 큰 줄기를 중심으로 차근차근 설명해 간다. 정교수와 물리군 또는 화학군의 일대일 대화를 통해서 말이다. 그 배경을 이루는 과학사는 덤이다. 이론을 완성하는 밑바탕이 된 다른 이론들도 함께 설명한다.
줄글만으로 설명하지는 않았다. 과학의 언어는 수학이라고 한다. 즉, 수학을 빼고는 과학 이론의 핵심을 제대로 파악하기 어렵다. 너무 걱정하지는 말자. 고등학교 수준의 수학 지식만 있으면 이해하도록 친절하게 설명했으니까. 그리고 수식은 건너뛰면서 보아도 이론을 받아들이기는 어렵지 않다. 어렴풋이 이해하는 것만으로도 왠지 내 거가 된 느낌이다. 다 읽고 난 다음 차근차근 돌아보아도 좋다. 책은 어디로 사라지지 않으니까!
논문의 느낌을 직접 체험할 수 있도록 책의 뒤편에 부록으로 실었다. 과학자들의 논문은 영어뿐 아니라 독일어, 프랑스어 등 여타 언어로 쓰였기 때문에 우리가 그나마 쉽게 읽을 수 있는 영문본을 수록했다.
이 시리즈는 당초 20권으로 기획했지만 10권을 추가하게 되었다. 물리학, 화학, 생물학뿐 아니라 농화학과 경제학 등으로 영역을 넓혀 노벨상 수상자들의 대표 이론들을 추가로 다루기로 했다. 여기서 저자의 진가가 발휘된다.
국제 학술지에 300여 편의 논문을 게재한 연구자로, 수백 권의 교양서를 쓴 저자로, 대학에서 물리학을 가르치는 교수로, 활발히 활동하는 저자의 전문 지식을 바탕으로 신선한 기획이 또 다른 새로움을 낳았다.
이론을 제대로 알고 싶은데 전공 서적을 보자니 너무 어려울 것 같고, 일반 교양서를 읽자니 수준이 너무 얕게 느껴진다면 이 시리즈를 펼쳐 보는 건 어떨까? 과학의 세계로 한 걸음 더 깊이 들어가 보자!
목차는 다음과 같다.
추천사 천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 녹색형광단백질을 발견한 마틴 챌피 _ 베치그 박사 깜짝 인터뷰 첫 번째 만남 색의 화학 고대인들의 색 _ 인류가 만들어낸 상징체계 연금술의 시대 _ 금속과 색의 변화를 통해 화학이 태어나다 중세 유럽의 색 _ 사회적 계급과 종교를 상징하다 색, 과학의 세계로 들어오다 _ 화학 결합으로 새로운 색이 탄생하다 모브 염료 _ 퍼킨, 인공 퀴닌을 만들려다 모브 염료를 발견하다 합성 안료의 다양화 _ 합성 알리자린, 아조 염료, 프탈로 블루, 친환경 안료 두 번째 만남 빛과 색의 과학 아리스토텔레스의 색 이론 _ 색에 대해 처음으로 설명하다 무지개의 이해 _ 데카르트, 무지개의 형성 원리를 밝히다 색유리의 발명 _ 중세부터 등장한 색유리 빛의 비밀을 풀다 _ 뉴턴의 프리즘 실험 빛의 파장과 색 _ 호이겐스의 빛의 파동설 스토크스 이동 _ 형광 유리의 과학적 원리를 밝히다 루비 유리 _ 금 나노입자가 만드는 붉은색의 비밀이 밝혀지다 세 번째 만남 분광화학 불꽃과 색 _ 원소를 나타내는 빛의 신호 빛 속에 숨겨진 정보를 밝히다 _ 프라운호퍼와 분광학의 탄생 로키어의 헬륨 발견 _ 태양 스펙트럼에서 헬륨을 발견하다 분광학으로 들여다보는 물질의 비밀 _ 다양한 분광법의 등장 네 번째 만남 분광화학의 응용 분자 분광학 _ 빛으로 보이지 않는 분자의 세계를 밝혀내다 베크만과 DU 분광광도계 _ 의학과 임상 진단에 활용되는 분광학 요브시스와 근적외선 분광법 _ 스포츠 과학과 운동 의학에 활용되는 분광학 분광학과 약학 _ 신약 개발과 제약 산업에 활용되는 분광학 분광학과 화장품 _ 화장품과 생활용품 개발에 활용되는 분광학 빛으로 읽는 역사의 흔적 _ 문화재와 예술품 보존에 활용되는 분광학 지질학과 우주 탐사 _ 지질학과 우주 탐사에 활용되는 분광학 빛으로 범죄의 흔적을 읽다 _ 과학수사에 활용되는 분광학 리튬이온전지와 나노소재 _ 에너지와 신소재 개발에 활용되는 분광학 CCD 검출기의 확산 _ 분광학의 눈이 바뀌다 광섬유 분광센서의 발전 _ 빛으로 현장을 실시간 분석하다 AI와 분광학의 결합 _ 스펙트럼에서 숨은 패턴을 찾다 다섯 번째 만남 디스플레이 역사 최초의 인공 빛 _ 정보 전달의 시작 스테인드글라스 _ 자연광으로 만든 최초의 디스플레이 카메라 옵스큐라 _ 빛이 이미지를 만드는 최초의 기술 스코토포르스 _ 빛에 민감한 물질의 발견 사라지지 않고 남는 사진의 발명 _ 다게르의 다게레오 타입 복제 가능한 사진의 탄생 _ 탤벗의 네거티브-포지티브 방식 사진의 대중화 _ 이스트먼, 코닥 카메라와 필름을 만들다 입체 사진의 등장 _ 거울 입체경과 렌즈 입체경 컬러 사진의 등장 _ 맥스웰의 타탄 리본 컬러 사진 코닥의 코다크롬 필름 _ 컬러 필름의 시대가 열리다 디지털 사진의 탄생 _ 사진이 숫자로 변하다 기능성 색의 시대 _ 열변색 물질, 자외선 반응 색소, 기능성 코팅 나노기술과 스마트 소재 _ 색을 설계하기 시작하다 여섯 번째 만남 녹색형광단백질 녹색형광단백질의 발견 _ 시모무라 오사무, 녹색형광단백질을 발견하다 예쁜꼬마선충과 녹색형광단백질 _ 마틴 챌피, 예쁜꼬마선충에서 녹색형광단백질을 발현시 키다 다양한 색상의 형광단백질 _ 로저 치엔, 다양한 색상의 형광단백질을 개발하다 녹색형광단백질의 응용 _ 의약과 약학, 환경 분야 등을 발전시키다 만남에 덧붙여 On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3, One of the Lines in the Coronal Spectrum _ 램지 논문 영문본 Green Fluorescent Protein as a Marker for Gene Expression.
_ 챌피 논문 영문본 The Green Fluorescent Protein _ 치엔 논문 영문본 위대한 논문과의 만남을 마무리하며 이 책을 위해 참고한 논문들
지은이 소개는 다음과 같다.
정완상 (지은이)
과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다.
초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다.
[과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈] 중 《아인슈타인이 들려주 과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다.
30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다.
직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. [과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈] 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 [과학공화국 법정 시리즈] 50권을 집필했다.
최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 [개념 잡는 수학툰 시리즈]를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈]를 집필 중이다.
우리나라에서 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 수학과 과학의 다양한 이론부터 직접 집필한 책과 소설까지, 폭넓은 콘텐츠를 함께 나누는 네이버 카페 정완상 교수의 [수학·과학 창작 콘텐츠]를 운영하고 있다.
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