마르틴 카르플루스
1. 개요
마르틴 카르플루스는 오스트리아 빈에서 태어난 물리화학자이다. 그는 핵자기 공명 분광법, 화학 동역학, 양자 화학 분야에 기여했으며, 생체 고분자의 분자 역학 시뮬레이션 분야를 개척했다. 특히 핵 스핀-스핀 커플링과 전자 스핀 공명 분광법에 대한 이해를 높였으며, 카르플루스 방정식으로 알려진 결합 상수와 이중면각 사이의 상관관계를 설명했다. 1938년 나치의 오스트리아 점령을 피해 가족과 함께 미국으로 이민을 갔으며, 하버드 대학교에서 학사 학위를, 캘리포니아 공과대학교에서 라이너스 폴링의 지도 아래 박사 학위를 받았다. 이후 옥스퍼드 대학교에서 연구했으며, 일리노이 대학교, 컬럼비아 대학교, 하버드 대학교에서 교수로 재직하며 200명 이상의 제자를 배출했다. 2013년 노벨 화학상을 수상했으며, 미국 국립 과학원 회원, 왕립 학회 외국인 회원 등으로 활동했다.
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| 이름 | 마틴 카플러스 |
|---|---|
| 출생 | 1930년 3월 15일 |
| 출생지 | 오스트리아 제1공화국 빈 |
| 국적 | 미국, 오스트리아 |
| 웹사이트 | 생물 물리학 화학 연구소 마틴 카플러스 |
| 학사 | 하버드 대학교 |
|---|---|
| 박사 | 캘리포니아 공과대학교 |
| 박사 학위 논문 | 이불화 이온의 양자역학적 논의 |
| 박사 학위 논문 URL | 이불화 이온의 양자역학적 논의 |
| 박사 학위 취득 년도 | 1954년 |
| 지도 교수 | 라이너스 폴링 |
| 근무지 | 스트라스부르 대학교 하버드 대학교 컬럼비아 대학교 일리노이 대학교 어배너-섐페인 |
|---|
| 수상 내역 | 어빙 랭뮤어상 (1987년) 이론화학상 (1993년) 왕립학회 회원 (2000년) 라이너스 폴링상 (2004년) 노벨 화학상 (2013년) |
|---|
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오스트리아의 화학자 -
리하르트 아돌프 지그몬디
리하르트 아돌프 지그몬디는 콜로이드 화학 연구와 초현미경 개발에 기여한 오스트리아 출신 화학자로, 특히 유리 착색 연구와 금 하이드로졸 연구를 통해 콜로이드 입자의 특성을 밝히고 슬릿 초현미경을 개발하여 나노과학 발전에 기여한 공로로 1925년 노벨 화학상을 수상했다. -
오스트리아의 화학자 -
프리츠 프레글
오스트리아의 화학자이자 의사인 프리츠 프레글은 유기 화합물의 정량적 미량 분석법을 개발하여 극히 적은 양으로도 정확한 원소 분석을 가능하게 한 공로로 1923년 노벨 화학상을 수상했으며, 그의 분석법은 현대 화학 분석의 기초를 다지는 데 기여했다. -
이론화학자 -
루돌프 마커스
루돌프 마커스는 캐나다 출신의 미국 화학자로서 전자 전달 이론 연구로 1992년 노벨 화학상을 수상했으며, RRKM 이론 개발에 기여했고, 여러 학술 단체 회원으로 활동하며 다수의 상을 수상한 저명한 학자이다. -
이론화학자 -
라이너스 폴링
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일리노이 대학교 교수 -
강성모 (공학자)
강성모는 전기 공학 분야에서 학위를 받고 여러 대학에서 교수로 재직했으며 캘리포니아 대학교 샌타크루즈 공대 학장, 캘리포니아 대학교 머시드 총장, KAIST 총장을 역임한 대한민국의 공학자이다. -
일리노이 대학교 교수 -
앨빈 로스
2. 생애
마르틴 카르플루스는 오스트리아 빈 출신이다. 1938년 3월 13일, 오스트리아는 나치 독일에 병합되었고, 며칠 후 카르플루스는 가족과 함께 국외로 탈출했다. 스위스, 프랑스를 거쳐 미국으로 건너갔다.
1950년 하버드 대학교에서 학사 학위를 취득한 후, 1953년 캘리포니아 공과대학교에서 라이너스 폴링의 지도 아래 박사 학위를 받았다. 그 후 옥스퍼드 대학교에서 NSF 박사후 연구원으로 찰스 쿨슨의 지도 아래 연구했다.
카르플루스는 물리화학의 여러 분야, 특히 핵자기 공명 분광법, 화학 동역학, 양자 화학, 생체 고분자의 분자 역학 시뮬레이션에 중요한 공헌을 했다. 핵자기 공명 분광법에서는 핵 스핀-스핀 커플링과 전자 스핀 공명 분광법의 이해에 중요한 업적을 남겼으며, 단백질핵자기 공명 분광법에서 결합 상수와 단백질 골격의 비틀림 각도의 상관관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었다.
현재 연구 내용은 주로 생체 분자에 관한 것이다. 그의 연구 그룹은 CHARMM이라는 분자 역학 시뮬레이션용 프로그램을 개발하여 현재도 조정하고 있다. 그는 매캐먼, 제런과 함께 소 췌장 트립신 억제 인자(BPTI)의 분자 역학 시뮬레이션을 세계 최초로 발표했다. 이 시뮬레이션은 단백질 분자의 동역학적 성질을 해명하는 것이었다.
국제 양자 분자 과학 아카데미의 회원이며, 1955년 이후 일리노이 대학교, 컬럼비아 대학교(1960-1967), 하버드 대학교에서 지도한 대학원생과 박사후 연구원의 수는 200명이 넘는다. 2000년 왕립 학회 외국인 회원으로 선출되었다.
2.1. 유년 시절 및 가족
마르틴 카르플루스는 오스트리아 빈에서 태어났다. 1938년 3월 안슐루스 며칠 후 가족과 함께 오스트리아의 나치 점령을 피해 스위스 취리히와 프랑스 라 볼에서 몇 달을 보낸 후 미국으로 이민을 갔다. 미국으로 이민 가기 전, 그의 가족은 빈에서 "지적이고 성공적인 세속적인 유대인 가족"으로 알려져 있었다. 그의 할아버지 요한 파울 카르플루스(1866–1936)는 빈 대학교의 저명한 정신과 교수였다. 그의 고모할머니인 오이게니 골드스턴은 홀로코스트 동안 사망한 민족학자였다. 그는 사회학자, 철학자, 음악학자 테오도어 아도르노의 결혼을 통한 조카이자 물리학자 로베르트 폰 리벤의 증손자이다. 그의 형제인 로버트 카르플루스는 캘리포니아 대학교 버클리에서 국제적으로 인정받는 물리학자이자 교육자였다. 그의 조카 앤드루 카르플루스는 생화학 및 생물물리학 분야의 저명한 교수로서 오리건 주립 대학교에서 재직하며 학문적인 가문의 전통을 이어가고 있다.
2.2. 교육
1950년 하버드 대학교에서 학사(B.A.) 학위를 취득했고, 1953년 캘리포니아 공과대학교에서 라이너스 폴링의 지도 아래 박사(Ph.D.) 학위를 받았다. 폴링에 따르면, 카르플루스는 "자신의 가장 뛰어난 학생"이었다. 그 후 옥스퍼드 대학교에서 미국 국립 과학 재단(NSF) 박사후 연구원으로 찰스 쿨슨의 지도 아래 연구했다.
2.3. 학문 경력
카르플루스는 일리노이 대학교 어배너-섐페인 (1955–1960)과 컬럼비아 대학교 (1960–1965)에서 가르쳤고, 1966년 하버드 대학교 화학과 교수로 자리를 옮겼다. 1996년 루이 파스퇴르 대학교에서 교수로 재직했으며, 1992년부터 1995년까지 장-프랑수아 르페브르의 NMR 연구실에서 두 차례 안식년을 가진 후 프랑스 스트라스부르에 연구 그룹을 설립했다. 1955년부터 경력 동안 200명 이상의 대학원생과 박사후 연구원을 지도했다.
1950년 하버드 대학교에서 학사 학위를 취득한 후, 1953년 캘리포니아 공과대학교에서 라이너스 폴링의 지도 아래 박사 학위를 받았다. 그 후 옥스퍼드 대학교에서 NSF 박사후 연구원으로 찰스 쿨슨의 지도 아래 연구했다.
카르플루스는 물리화학의 여러 분야에 중요한 공헌을 했다. 핵자기 공명 분광법, 화학 동역학, 양자 화학 외에도 생체 고분자의 분자 역학 시뮬레이션에 기여한 바가 크다. 핵자기 공명 분광법에서는 핵 스핀-스핀 커플링과 전자 스핀 공명 분광법의 이해에 중요한 업적을 남겼다. 단백질핵자기 공명 분광법에서 결합 상수와 단백질 골격의 비틀림 각도의 상관관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었다.
카르플루스의 현재 연구 내용은 주로 생체 분자에 관한 것이다. 그의 연구 그룹은 CHARMM이라는 분자 역학 시뮬레이션용 프로그램을 개발하여 현재도 조정하고 있다. 그는 매캐먼, 제런과 함께 소 췌장 트립신 억제 인자(BPTI)의 분자 역학 시뮬레이션을 세계 최초로 발표했다. 이 시뮬레이션은 단백질 분자의 동역학적 성질을 해명하는 것이었다.
현재, 국제 양자 분자 과학 아카데미의 회원이다. 1955년 이후 현재까지 일리노이 대학교, 컬럼비아 대학교(1960-1967), 하버드 대학교에서 지도한 대학원생과 박사후 연구원의 수는 200명이 넘는다. 2000년 왕립 학회 외국인 회원으로 선출되었다.
3. 연구 업적
마르틴 카르플루스는 17세에 첫 학술 논문을 발표했으며, 화학 동역학, 양자 화학, 특히 생체분자의 분자 동역학 시뮬레이션 등 물리 화학 분야에 크게 기여했다. 그는 핵자기 공명 분광법(NMR), 특히 핵 스핀-스핀 결합과 전자 스핀 공명 분광법(ESR)에 대한 이해를 넓혔다. 결합 상수와 이중면각 사이의 상관관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었으며, 양성자 핵자기 공명 분광법에 사용된다.
1969년부터 1970년까지 카르플루스는 MRC 분자 생물학 연구소의 구조 연구 부서를 방문했다. 1970년에는 박사후 연구원 아리에 워셜이 하버드 대학교에서 카르플루스와 함께 연구하며, 분자의 원자핵과 일부 전자는 고전 물리학으로, 다른 전자는 양자 역학으로 모델링하는 컴퓨터 프로그램을 작성했다. 1974년, 카르플루스, 워셜 등은 이 모델링을 기반으로 시력에 중요한 거대 복합 단백질 분자인 레티날의 모양 변화를 성공적으로 모델링한 논문을 발표했다.
그의 현재 연구는 주로 생물학적 관심 분자의 특성에 관한 것이다. 그의 연구 그룹은 분자 동역학 시뮬레이션을 위한 CHARMM 프로그램 개발을 시작하고 조정했다.
3.1. 물리화학 분야의 공헌
마르틴 카르플루스는 물리화학의 여러 분야에 중요한 공헌을 했다. 핵자기 공명 분광법, 화학 동역학, 양자 화학 외에도 생체 고분자의 분자 역학 시뮬레이션에 기여한 바가 크다.
핵자기 공명 분광법에서는 핵 스핀-스핀 커플링과 전자 스핀 공명 분광법의 이해에 중요한 업적을 남겼다. 단백질핵자기 공명 분광법에서 결합 상수와 단백질 골격의 비틀림 각도의 상관관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었다. 결합 상수와 이중면각 사이의 상관 관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 양성자 핵자기 공명 분광법에 사용된다.
카르플루스는 화학 동역학, 양자 화학, 특히 생체분자의 분자 동역학 시뮬레이션 분야에 공헌했다. 1970년, 박사후 연구원 아리에 워셜이 하버드에서 카르플루스와 합류했다. 그들은 고전 물리학을 사용하여 분자의 원자 핵과 일부 전자를 모델링하고 양자 역학을 사용하여 다른 전자를 모델링하는 컴퓨터 프로그램을 함께 작성했다. 1974년 카르플루스, 워셜 및 다른 공동 연구자들은 이 유형의 모델링을 기반으로 한 논문을 발표했는데, 이는 시력에 중요한 거대 복합 단백질 분자인 레티날의 모양 변화를 성공적으로 모델링했다.
카르플루스의 현재 연구 내용은 주로 생체 분자에 관한 것이다. 그의 연구 그룹은 CHARMM이라는 분자 역학 시뮬레이션용 프로그램을 개발하여 현재도 조정하고 있다. 그는 매캐먼, 제런과 함께 소 췌장 트립신 억제 인자(BPTI)의 분자 역학 시뮬레이션을 세계 최초로 발표했다. 이 시뮬레이션은 단백질 분자의 동역학적 성질을 해명하는 것이었다.
3.2. 카르플루스 방정식
핵자기 공명 분광법에서 결합 상수와 단백질 골격의 비틀림 각도의 상관관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었으며, 양성자 핵자기 공명 분광법에 사용된다.
3.3. CHARMM 프로그램 개발
그의 연구 그룹은 분자 동역학 시뮬레이션을 위한 CHARMM 프로그램 개발을 시작하고 현재까지 조정하고 있다.
3.4. 분자 동역학 시뮬레이션
그는 화학 동역학, 양자 화학, 특히 생체분자의 분자 동역학 시뮬레이션 분야에 기여했다. 핵자기 공명 분광법, 특히 핵 스핀-스핀 결합과 전자 스핀 공명 분광법에 대한 이해에 영향을 미쳤다. 결합 상수와 이중면각 사이의 상관 관계를 설명하는 카르플루스 방정식은 그의 이름을 따서 명명되었으며, 이는 양성자 핵자기 공명 분광법에 사용된다.
1953년 캘리포니아 공과대학교에서 라이너스 폴링의 지도 아래 박사(Ph.D.) 학위를 받은 후, 옥스퍼드 대학교에서 찰스 쿨슨의 지도 아래 연구했다. 카르플루스는 물리화학의 여러 분야에 중요한 공헌을 했다. 핵자기 공명 분광법, 화학 동역학, 양자 화학 외에도 생체 고분자의 분자 역학 시뮬레이션에 기여한 바가 크다.
1970년, 박사후 연구원 아리에 워셜이 하버드에서 카르플루스와 합류했다. 그들은 고전 물리학을 사용하여 분자의 원자 핵과 일부 전자를 모델링하고 양자 역학을 사용하여 다른 전자를 모델링하는 컴퓨터 프로그램을 함께 작성했다. 1974년 카르플루스, 워셜 및 다른 공동 연구자들은 이 유형의 모델링을 기반으로 한 논문을 발표했는데, 이는 시력에 중요한 거대 복합 단백질 분자인 레티날의 모양 변화를 성공적으로 모델링했다.
그의 연구 그룹은 분자 동역학 시뮬레이션을 위한 CHARMM 프로그램의 개발을 시작하고 조정했다. 그는 매캐먼, 제런과 함께 소 췌장 트립신 억제 인자(BPTI)의 분자 역학 시뮬레이션을 세계 최초로 발표했다. 이 시뮬레이션은 단백질 분자의 동역학적 성질을 해명하는 것이었다.
4. 수상 경력
| 연도 | 수상 내역 |
|---|---|
| 1967년 | 미국 국립 과학원 회원 |
| 1987년 | 어빙 랭뮤어상 |
| 국제 양자 분자 과학 아카데미 회원 | |
| 1991년 | 네덜란드 왕립 예술 과학 아카데미 외국인 회원 |
| 2000년 | 왕립 학회 외국인 회원(ForMemRS) |
| 2001년 | 크리스천 B. 안핀센 상 |
| 2004년 | 라이너스 폴링상 |
| 2013년 | 클래리베이트 인용 영예상(톰슨 로이터 인용 영예상) |
| 노벨 화학상 |
5. 저서
| 연도 | 제목 | 저널 | 기타 |
|---|---|---|---|
| 1959 | Contact Electron-Spin Coupling of Nuclear Magnetic Moments영어 | J. Chem. Phys. | Volume영어 30, Issue영어 1, 11–15쪽 |
| 1963 | Vicinal Proton Coupling in Nuclear Magnetic Resonance영어 | J. Am. Chem. Soc. | Volume영어 85, Issue영어 18, 2870–2871쪽 |
| 1970 | Comparison of 3D Classical Trajectory and Transition-State Theory Reaction Cross Sections영어 | Harvard University, United States Department of Energy | |
| 1970 | Quantum Theory of (H,H{Sub 2}) Scattering: Approximate Treatments of Reactive Scattering영어 | Columbia University, Harvard University, United States Department of Energy | |
| 1970 | Nonequilibrium Contribution to the Rate of Reaction. III. Isothermal Multicomponent Systems영어 | Harvard University, United States Department of Energy | |
| 1970 | Theoretical Studies in Chemical Kinetics - Annual Report, 1970.영어 | Harvard University, United States Department of Energy | |
| 1972 | Calculation of ground and excited state potential surfaces of conjugated molecules. I. Formulation and parametrization영어 | Journal of the American Chemical Society영어 | Volume영어 94, Issue영어 16, 5612–5625쪽 |
| 1983 | CHARMM: A program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations영어 | Journal of Computational Chemistry영어 | Volume영어 4, Issue영어 2, 187–217쪽 |
| 1985 | The potential of mean force surface for the alanine dipeptide in aqueous solution: a theoretical approach영어 | Chem Phys Lett | Volume영어 121, Issue영어 3, 194–201쪽 |
| 1987 | Crystallographic R factor refinement by molecular dynamics영어 | Science영어 | Volume영어 235, Issue영어 4787, 458–460쪽 |
| 1987 | The structure of water surrounding a peptide: a theoretical approach.영어 | Chem Phys Lett | Volume영어 136, Issue영어 5, 383–386쪽 |
| 1990 | A combined quantum mechanical and molecular mechanical potential for molecular dynamics simulations영어 | Journal of Computational Chemistry영어 | Volume영어 11, Issue영어 6, 700–733쪽 |
| 1990 | pKa's of ionizable groups in proteins: atomic detail from a continuum electrostatic model영어 | Biochemistry영어 | Volume영어 29, Issue영어 44, 10219–10225쪽 |
| 1993 | Backbone-dependent rotamer library for proteins. Application to side-chain prediction.영어 | Journal of Molecular Biology영어 | Volume영어 230, Issue영어 2, 543–574쪽 |
| 1994 | How does a protein fold?영어 | Nature영어 | Volume영어 369, Issue영어 6477, 248–251쪽 |
| 1998 | All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies of Proteins영어 | The Journal of Physical Chemistry B영어 | Volume영어 102, Issue영어 18, 3586–3616쪽 |
| 2000 | A dynamic model for the allosteric mechanism of GroEL영어 | Journal of Molecular Biology영어 | Volume영어 302, Issue영어 2, 303–313쪽 |
| 2000 | Understanding protein folding via free-energy surfaces from theory and experiment영어 | Trends in Biochemical Sciences영어 | Volume영어 25, Issue영어 7, 331–339쪽 |
| 2000 | Aspects of Protein Reaction Dynamics: Deviations from Simple Behavior영어 | J. Phys. Chem. B.영어 | Volume영어 104, 11–27쪽 |
| 2001 | Triosephosphate isomerase: a theoretical comparison of alternative pathways영어 | Journal of the American Chemical Society영어 | Volume영어 123, Issue영어 10, 2284–2290쪽 |
| 2001 | Uracil-DNA glycosylase acts by substrate autocatalysis영어 | Nature영어 | Volume영어 413, Issue영어 6857, 752–755쪽 |
| 2002 | Mechanical unfolding of a titin Ig domain: Structure of unfolding intermediate revealed by combining AFM, molecular dynamics simulations, NMR and protein engineering영어 | Journal of Molecular Biology | Volume영어 322, Issue영어 4, 841–849쪽 |
| 2003 | Self-consistent determination of the transition state for protein folding: Application to a fibronectin type III domain영어 | Proceedings of the National Academy of Sciences | Volume영어 100, Issue영어 2, 394–399쪽 |
| 2004 | The origin of protein sidechain order parameter distributions영어 | Journal of the American Chemical Society영어 | Volume영어 126, Issue영어 25, 7734–7735쪽 |
| 2005 | Molecular dynamics and protein function영어 | Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America영어 | Volume영어 102, Issue영어 19, 6679–6685쪽 |
| 2005 | What contributions to protein side-chain dynamics are probed by NMR experiments? A molecular dynamics simulation analysis영어 | Journal of Molecular Biology | Volume영어 349, Issue영어 1, 185–203쪽 |
| 2005 | A structure-based model for the synthesis and hydrolysis of ATP by F1-ATPase.영어 | Cell영어 | Volume영어 123, Issue영어 2, 195–205쪽 |
| 2009 | CHARMM: the biomolecular simulation program.영어 | Journal of computational chemistry영어 | Volume영어 30, Issue영어 10, 1545–1614쪽 |
| 2020 | 천장에 있는 시금치: 이론 화학자의 다면적인 삶 | World Scientific Publishing영어 | |
| 1988 | 단백질: 역학, 구조 및 열역학의 이론적 관점 | John Wiley & Sons영어 | Advances in Chemical Physics영어 Volume영어 71 |
| 1970 | 원자와 분자: 물리 화학 학생들을 위한 입문 | W. A. Benjamin영어 |
6. 주요 제자
* 찰스 L. 브룩스 3세 (미시간 대학교 앤아버 캠퍼스)
* 악셀 T. 브룽거 (스탠퍼드 대학교)
* J. 앤드루 맥캐먼 (캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스) (카르플루스 및 젤린과 공동 연구)
* P. T. 나라시만 (일리노이 대학교 어배너-섐페인 캠퍼스) 샨티 스와루프 바트나가르 수상자
* B. 몽고메리 페티트 (텍사스 대학교 의학부, 베일러 의과대학, 걸프 코스트 컨소시엄 (GCC))
* 브누아 루 (시카고 대학교)
* 안드레이 살리 (캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스)
* 클라우스 슐텐 (일리노이 대학교)
* 제러미 C. 스미스 (오크 리지 국립 연구소)
* 데이비드 J. 스테이츠 (텍사스 대학교 건강 과학 센터 휴스턴 캠퍼스)
* 아리에 와르셸 (서던캘리포니아 대학교) (2013년 노벨 화학상 공동 수상자, 카르플루스 및 마이클 레비트(스탠퍼드)와 함께)
* 유진 샤흐노비치 (하버드 대학교 교수)
* 알렉산더 D. 매캐럴 주니어 (메릴랜드 대학교 볼티모어 캠퍼스)
7. 개인 생활
마르틴 카르플루스는 오스트리아 빈에서 태어났다. 1938년 3월 안슐루스 며칠 후 가족과 함께 오스트리아의 나치 점령을 피해 스위스 취리히와 프랑스 라 볼에서 몇 달을 보낸 후 미국으로 이민을 갔다. 미국 이민 전, 그의 가족은 빈에서 "지적이고 성공적인 세속적인 유대인 가족"으로 알려져 있었다. 할아버지 요한 파울 카르플루스(1866–1936)는 빈 대학교의 저명한 정신과 교수였다. 고모할머니인 오이게니 골드스턴은 홀로코스트 동안 사망한 민족학자였다. 그는 사회학자, 철학자, 음악학자 테오도어 아도르노의 결혼을 통한 조카이자 물리학자 로베르트 폰 리벤의 증손자이다. 형제인 로버트 카르플루스는 캘리포니아 대학교 버클리에서 국제적으로 인정받는 물리학자이자 교육자였다. 조카 앤드루 카르플루스는 생화학 및 생물물리학 분야의 저명한 교수로서 오리건 주립 대학교에서 재직하며 학문적인 가문의 전통을 이어가고 있다. 카르플루스는 마르시와 결혼했으며, 슬하에 세 자녀를 두고 있다.