공간채움 모형

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 역사
3. 특징
- 3.1. 시각적 표현
4. 활용
- 4.1. 교육적 활용
참조

1. 개요

공간채움 모형은 분자의 전자 표면을 시각적으로 표현하여 분자 간의 상호 작용 방식을 이해하기 위한 도구이다. 1934년 헤르베르트 아르투어 스튜어트가 처음 발명했으며, 결정학적 데이터를 기반으로 분자의 3차원 구조를 나타낸다. 1952년 로버트 코리와 라이너스 폴링은 반 데르 발스 반지름을 기반으로 한 정확한 축척 모형을 제작했으며, 1965년 월터 L. 콜툰은 CPK 색상을 활용한 단순화된 모형을 개발하여 분자 모형을 대중화했다. 현대에는 계산 화학을 통해 분자의 전기적 특성 및 용매 접근 가능성을 시각화하는 등, 분자 상호 작용 연구, 화학 반응 예측, 교육적 활용 등 다양한 분야에서 활용된다.

더 읽어볼만한 페이지

분자 모델링 - Rosetta@home
Rosetta@home은 분산 컴퓨팅 플랫폼 BOINC를 활용하여 단백질 구조 예측 연구를 수행하며, 신약 개발 및 질병 연구에 기여하는 것을 목표로 한다.
분자 모델링 - Folding@home
Folding@home은 단백질 폴딩 연구를 위해 전 세계 컴퓨터 자원을 활용하여 알츠하이머병, 헌팅턴병 등 질병 연구에 기여하는 분산 컴퓨팅 프로젝트이다.
곡면 - 뫼비우스의 띠
"상상력" 한가 아닌 답변을 바랍니다.
곡면 - 가우스의 빼어난 정리
가우스의 빼어난 정리는 곡면의 가우스 곡률이 외부 공간이 아닌 곡면 자체의 리만 계량만으로 결정된다는 정리로, 곡면의 변형 시 가우스 곡률이 보존됨을 의미하며, 지도 제작의 불가능성 증명과 고차원 리만 다양체 일반화에 응용되어 미분기하학과 일반 상대성 이론의 기초가 된다.

공간채움 모형
개요
분자 모형
종류	화학 모형
상세 정보
다른 이름	공간 채우기 모형, 캘로테 모형, CPK 모형
용도	분자를 3차원으로 표현
개발자	로버트 코리, 라이너스 폴링
개발 연도	1952년
설명	공간 채움 모형은 원자를 그 반데르발스 반지름을 사용하여 나타내 분자의 전체적인 모양과 크기를 묘사하는 3차원 분자 모형이다. 원자들은 서로 연결되어 전체 분자를 형성한다.
특징	분자의 크기 및 모양을 시각화하는 데 유용 분자 내 원자들의 상대적 공간 점유를 보여줌
장점	분자의 입체적인 형태를 쉽게 파악 가능 분자 간 상호 작용 및 반응 예측에 도움
단점	분자 내 결합 길이 및 각도를 정확하게 표현하기 어려움 복잡한 분자의 경우 모형 제작이 어려울 수 있음

2. 역사

공간채움 모형은 분자들이 서로 또는 거대 분자와 상호 작용하는 방식을 반영하고자 하는 열망에서 비롯되었다. 결정학적 데이터는 분자 구조를 이해하는 시작점이지만, 실용적인 이유로 구막대 모형에 가까운 표현으로 나타났다.

1952년, 로버트 코리와 라이너스 폴링은 칼텍에서 분자의 정밀한 축척 모형을 개발했다. 이들은 분자 표면이 각 원자의 반 데르 발스 반지름에 의해 결정된다고 보았고, 각 원자를 반 데르 발스 반지름에 비례하는 지름을 가진 경목 구체로 제작했다.

공간 채움 모형은 구막대 모형을 발전시킨 것으로, 원자의 상대적인 위치와 크기가 구체 조각의 배치로 나타난다. 또한, 원자의 크기, 분자 구조, 결합 길이는 실제 값에 대응한다.

2. 1. 초기 개발

1934년, 독일의 실험 물리학자 헤르베르트 아르투어 스튜어트(:en:Herbert Arthur Stuart)가 공간채움 모형을 처음 발명했으며, 그의 이름을 따서 '스튜어트 모형'이라고도 불린다. 공간채움 모형은 분자가 나타내는 전자 표면, 즉 분자들이 서로 또는 다른 거대 분자와 상호작용하는 방식을 반영하고자 하는 열망에서 비롯되었다. 결정학적 데이터는 정적 분자 구조를 이해하는 시작점을 제공하지만, 역사적으로는 실용적인 이유로 구막대 모형에 더 가까운 표현으로 나타났다.^[1]

2. 2. 코리-폴링 모형 (1952)

1952년, 로버트 코리(Robert Corey)와 라이너스 폴링은 칼텍에서 제작한 분자의 정확한 축척 모형을 설명했다.^[1] 이 모형에서 분자 표면은 각 원자의 반 데르 발스 반지름에 의해 결정된다고 보았고, 각 원자를 반 데르 발스 반지름에 비례하는 지름을 가진 경목 구체로 제작했으며, 축척은 1인치 = 1Å이었다. 원자 간 결합을 위해 각 구체의 일부를 잘라내어 한 쌍의 일치하는 평평한 면을 만들었고, 절단은 구체 중심 사이 거리가 표준 화학 결합 길이에 비례하도록 치수를 정했다.^[1] 커넥터는 각 평평한 면 중심에 나사로 조여지는 금속 부싱으로 설계되었다. 두 구체는 반대쪽 부싱 쌍에 삽입된 금속 막대(나사로 고정)로 단단히 고정되었다. 이 모형은 수소 결합을 표현하는 기능도 있었다.^[1]

2. 3. CPK 모형 (1965)

1965년, 월터 L. 콜툰은 다양한 색상의 성형 플라스틱 원자로 이루어진 단순화된 시스템을 설계하고 특허를 받았다. 이 원자들은 특별히 설계된 스냅 커넥터로 연결되었다.^[4]^[5] 이 시스템은 코리-폴링 모형과 본질적으로 동일한 결과를 달성하면서도, 더 쉽고 대중적으로 분자 모형을 사용할 수 있게 했다. 이러한 색상으로 코딩된, 결합 길이 정의, 반 데르 발스 유형 공간채움 모형은 세 개발자의 이름을 따서 CPK 모형으로 일반적으로 알려져 있다.

2. 4. 현대적 발전

1965년, 월터 L. 콜툰은 다양한 색상의 성형 플라스틱 원자로 이루어진 단순화된 공간채움 모형 시스템을 설계하고 특허를 받았다. 이 원자들은 특별히 설계된 스냅 커넥터로 연결되었다. 이 시스템은 코리-폴링 시스템과 동일한 결과를 달성했으며,^[4]^[5] 훈련 및 연구 환경에서 분자를 다루는 대중적인 방식으로 사용되었다. 이러한 공간채움 모형은 세 개발자의 이름을 따서 CPK 모형으로 알려져 있다.

현대 연구에서는 분자 표면의 용매 접근 가능 영역이나 공간 채움 표현의 전기적 특성을 시각적으로 나타내기 위해, 결정학적 모형을 전통적 및 새로운 계산 방법과 결합한다.

이산화 황의 3D 공간채움 모형. 전기적 위치 표면을 보여준다. 양성 영역은 파란색, 음성 영역은 빨간색이다.

예를 들어, 이산화 황 분자의 3D 공간채움 모형은 계산 화학 도구인 ''스파르탄'' 소프트웨어 제품군을 사용하여 계산된 전기적 위치 표면을 보여준다. 이 표면은 황 원자의 전자 부족을 강조하여, 상호작용과 화학 반응을 예측하는 데 도움을 준다.^[3]

β2 아드레노수용체의 3D 공간채움 모형. 전기적 위치 표면이 표시되어 있다. 양성 영역은 파란색, 음성 영역은 빨간색이다.

또 다른 예시는 단백질, 세포막을 가로지르는 β2 아드레노수용체 (G 단백질 연결 수용체)의 3D 공간채움 모형이다. 이 모형은 ''Adaptive Poisson-Boltzmann Solver''(APBS) 프리웨어를 사용하여 계산된 전기적 위치 표면을 보여준다. 노란색, 빨간색, 파란색 스틱 표현은 결합된 카라졸롤 (역 효능제)을 나타내며, 이는 에피네프린의 결합을 길항한다. 이러한 결합 상호작용과 신호 전달에서 수용체의 기능은 전기적 효과에 의해 중재되며, 현대 구조 연구에서 공간 채움 모형을 사용하여 연구된다.

3. 특징

공간채움 모형은 구막대 모형과 함께 화합물이나 생체 물질의 입체 화학을 표현하는 데 유용하다. 1934년 독일의 실험 물리학자 헤르베르트 아르투어 스튜어트(:en:Herbert Arthur Stuart (1899-1974년))가 발명했으며, '스튜어트 모형'이라고도 불린다. 초등 과학 교육에서는 번역어의 이미지 전달이 용이하여 '실체적 분자 모형'이라고도 부른다.^[1]

3. 1. 시각적 표현

사이클로헥세인(cyclohexane)의 공간채움 모형. 부분적으로 가려진 탄소 원자는 회색, 수소 원자는 흰색 구체로 표시된다.

공간채움 모형은 구막대 모형을 발전시킨 것으로, 원자의 상대적인 위치와 크기가 구체 조각의 배치로 나타난다. 원자의 크기, 분자 구조, 결합 길이는 실제 값에 대응한다.

4. 활용

공간 채움 모형은 구막대 모형과 함께 화합물이나 생체 물질의 입체 화학을 표현하는 데 유용하다. 1934년 독일의 실험 물리학자 헤르베르트 아르투어 스튜어트(:en:Herbert Arthur Stuart (1899-1974년))가 발명했으며, '''스튜어트 모형'''이라고도 불린다. 이 모형은 원자의 크기, 분자 구조, 결합 길이를 실제 값에 대응하여 나타낸다.

thumb의 공간 채움 모형]]

4. 1. 교육적 활용

공간채움 모형은 구막대 모형과 함께 화합물이나 생체 물질의 입체 화학을 표현하는 데 유용하다. 초등 과학 교육에서는 번역어 자체의 이미지 전달이 용이하여 '''실체적 분자 모형'''이라고 불린다. 원자의 상대적인 위치와 크기가 구체 조각의 배치로 나타나며, 분자 구조를 직관적으로 보여주기 때문에 화학 교육에서 분자 구조와 반응을 이해하는 데 효과적인 도구로 활용된다.

참조

_[1] 논문 Molecular models of amino acids, peptides, and proteins https://collections.[...] 2020-03-09
_[2] 문서
_[3] 웹사이트 Calculating Electrostatics https://www.poissonb[...] 2015-06-23
_[4] 논문 Precision space-filling atomic models https://onlinelibrar[...] 1965
_[5] 특허 Space filling atomic units and connectors for molecular models https://patents.goog[...] 1965-02-23
_[6] 논문 Molecular Models of Amino Acids, Peptides, and Proteins 1953

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com