생명공학과학23 생명체처럼 따뜻한 환경에서 양자현상이 유지될 수 있을까 양자현상은 극저온 실험실에서나 가능할 것 같은데, 사람의 체온은 약 37℃입니다. 게다가 세포 안은 물과 단백질, 수많은 분자가 끊임없이 움직이는 복잡한 환경입니다.그런데 이런 생명체 안에서도 양자현상이 의미 있는 역할을 할 수 있을까요?따뜻한 환경에서는 양자상태가 쉽게 깨진다양자 결맞음이나 중첩 같은 상태는 주변 환경과 상호작용하면 빠르게 무너질 수 있습니다.이를 ‘탈결맞음(decoherence)’이라고 합니다.생명체 내부는 따뜻하고 물이 많으며 분자의 움직임도 활발하기 때문에, 오랫동안 고립된 양자상태를 유지하기에는 불리한 환경입니다. 2025년 Chemical Society Reviews의 양자생명과학 리뷰에서도 이것을 생체 내 양자현상을 연구하기 어려운 핵심 이유로 설명합니다.그렇다고 양자현상이 .. 2026. 9. 7. 효소 반응에서 동위원소 효과가 나타나는 이유 효소 반응에서 수소를 중수소로 바꾸면 반응 속도가 달라지는 경우가 있습니다. 원소는 같지만 질량이 다른 동위원소를 바꿨을 뿐인데 왜 이런 차이가 생길까요?이 현상을 이해하면 효소가 수소를 어떻게 이동시키는지, 일부 반응에서 양자 터널링이 얼마나 관여하는지도 추적할 수 있습니다.동위원소 효과란 무엇일까?동위원소 효과는 같은 원소의 서로 다른 동위원소를 사용했을 때 반응속도나 평형이 달라지는 현상입니다.효소 연구에서는 흔히 수소(H)를 질량이 약 두 배인 중수소(D)로 바꾼 뒤 반응속도를 비교합니다.수소와 중수소는 전자 구조는 거의 같지만 원자핵의 질량이 다릅니다. 그래서 결합의 진동 특성과 반응 과정에도 차이가 생깁니다.왜 중수소를 넣으면 반응이 느려질까?화학 결합은 가만히 멈춘 막대가 아니라 끊임없이 진.. 2026. 9. 7. 냄새를 양자역학으로 설명할 수 있다는 가설 냄새를 맡는 순간 우리 코에서는 단순한 화학반응만 일어나는 걸까요? 일부 과학자들은 냄새 분자의 ‘모양’뿐 아니라 분자가 떨리는 진동까지 후각 수용체가 구별할 수 있다는 가설을 제시했습니다. 이른바 ‘후각의 진동 이론’입니다.후각의 진동 이론이란 무엇일까?일반적으로 냄새 분자는 코의 후각 수용체와 결합하고, 수용체가 활성화되면서 뇌에 신호가 전달됩니다. 분자의 모양과 화학적 성질이 어떤 수용체와 결합하는지에 중요한 역할을 한다는 설명이 기본입니다.진동 이론은 여기에 한 가지 조건을 더합니다. 냄새 분자가 가진 고유한 분자 진동도 수용체가 냄새를 판별하는 데 이용될 수 있다는 것입니다.양자역학은 어디에서 등장할까?1990년대 루카 투린은 후각 수용체에서 ‘비탄성 전자 터널링’이 일어날 수 있다는 모델을 제.. 2026. 9. 6. DNA의 양성자 터널링은 돌연변이와 관련이 있을까 DNA에서 아주 작은 양성자 하나가 위치를 바꾸는 것만으로 유전정보에 오류가 생길 수 있을까요?놀랍게도 과학자들은 오래전부터 이런 가능성을 연구해왔습니다. 그 과정에서 등장하는 것이 바로 ‘양성자 터널링’입니다.DNA에서는 양성자가 어디에 있을까?DNA의 염기인 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 사이토신(C)은 수소결합을 통해 서로 짝을 이룹니다.A는 T와, G는 C와 결합하는 것이 기본입니다.그런데 이 수소결합에 참여하는 양성자는 항상 한 위치에 완벽하게 고정돼 있는 것은 아닙니다. 매우 작은 입자인 양성자는 에너지 장벽을 넘어가거나 양자 터널링을 통해 다른 위치로 이동할 가능성이 있습니다.양성자가 이동하면 토토머가 만들어질 수 있다양성자의 위치가 바뀌면 DNA 염기의 구조도 잠깐 달라질 수 있.. 2026. 9. 6. 광합성에서 양자 결맞음이 중요한 이유 광합성은 단순히 식물이 햇빛을 받는 과정이 아닙니다. 빛의 에너지가 엽록소 같은 색소에 흡수된 뒤, 반응중심까지 매우 빠르게 이동해야 비로소 화학에너지로 바뀔 수 있습니다.이 과정에서 오랫동안 주목받아 온 개념이 ‘양자 결맞음(quantum coherence)’입니다.양자 결맞음이란 무엇일까?빛을 흡수한 색소 분자의 전자는 들뜬 상태가 됩니다. 가까이 있는 여러 색소가 강하게 상호작용하면 이 들뜬 에너지가 하나의 분자에만 머무르지 않고 여러 분자에 걸쳐 퍼질 수 있습니다.쉽게 말하면 공 하나를 한 길로만 굴리는 것이 아니라 여러 길이 연결된 상태에서 에너지가 움직이는 것과 비슷합니다. 이런 양자적 중첩과 위상 관계가 유지되는 현상을 결맞음이라고 합니다.광합성에서 왜 관심을 받았을까?광합성 생물은 흡수한 .. 2026. 9. 6. 이전 1 2 3 4 다음