노벨화학상에 '거울분자 편향성' 비밀 푼 카강·소아이

생명체 아미노산이 한쪽 방향만 띠는 100년 난제 해답 제시

특정 거울상 분자만 100% 증폭 '비대칭 합성' 성공…신약 부작용 방지 기여

일본, 2년 연속 노벨화학상 수상자 배출

 

 

 

 올해 노벨화학상은 앙리 카강(95) 프랑스 파리남부대학교 교수와 소아이 겐소(76) 일본 도쿄이과대학교 교수에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일(현지시간) 이들이 비대칭 유기합성에서의 비선형 효과와 자가 촉매 작용을 발견한 공로로 수상자로 선정했다고 발표했다.

 

노벨 화학위원회는 두 수상자에 대해 "'동형 카이랄성(homochirality·생명체를 구성하는 분자들이 한쪽 방향성만 띠는 현상)이 어떻게 자발적으로 출현할 수 있는가'라는 100년 넘는 화학적 미스터리에 해답을 제시했다"고 평가했다.

 

아미노산과 같은 일부 분자는 서로 거울에 비친 모습처럼 좌우가 대칭인 두가지 변형체로 절반씩 존재한다. 하지만 생명체는 이 거울상 분자 중 단 하나만 포함하고 있다. 이런 화학적 비대칭성이 어떻게 발생했는지는 오랫동안 화학자들에게 미스터리였다.

이런 성질은 화학자들이 '호모카이랄'(homochiral)이라고 부르는 상태로, 이는 '같다'와 '손'을 뜻하는 그리스어에서 유래했다. 사람의 양손처럼 모든 아미노산은 두 개의 거울상 변형체로 존재하지만 인간의 세포 속 단백질에는 왼손 형태(L형) 하나만 발견된다.

하지만 두 개의 거울상 분자를 형성할 수 있는 화학 반응에선 항상 두 가지가 정확히 절반씩 생성된다.

이 때문에 화학자들은 이 두 거울상 중 하나만 만들어내기 위해 고군분투했다. 의약품처럼 생명체와 상호작용하는 분자를 개발할 때는 거울상 중 어느 한쪽만이 원하는 약효를 내고 반대편 형태는 심각한 부작용을 유발할 수 있기 때문이다.

 

이들 수상자는 동형 카이랄성으로 이어지는 화학 반응을 유도할 수 있는 방법을 발견해 이 난제를 풀었다.

카강 교수는 1986년 화학 반응을 조작하는 새로운 방법을 발견하면서 첫 번째 결정적인 발걸음을 내디뎠다. 그는 촉매를 정교하게 조작, 불가능하다고 여겨졌던 수준으로 거울상 중 한쪽을 더 많이 만들어내는 비대칭 촉매 합성을 성공했다.

소아이 교수는 그다음 단계를 밟았다. 1995년 발표한 핵심 논문에서 그는 생성물 자체가 반응을 촉진하는 자가촉매 작용을 통해 동형 카이랄성을 띨 수 있는 최초의 화학반응, 이른바 '소아이 반응'을 설계했다. 우주방사선이나 운석의 영향 등으로 초기에 50.0001대 49.9999처럼 극히 미세한 비대칭이 발생했을 때 소아이 반응의 기작을 거치면 조금이라도 우세한 쪽의 분자가 스스로 촉매가 돼 자신과 똑같은 형태의 분자만 기하급수적으로 복제해낸다는 사실을 발견한 것이다.

이어 2003년엔 두 가지 가능한 거울상 중 오직 하나만 구현하는 반응을 제시했다. 생명체 자체를 제외하고는 그 누구도 달성하지 못한 업적이었다. 이는 지구 초기의 화학물질(원시 수프)에서 어떻게 현재와 같은 100% 편향된 아미노산과 생명체가 탄생할 수 있었는지를 규명하는 가장 유력하고 결정적 단서로 평가된다.

이들 연구는 단순히 생명의 기원을 밝히는 기초과학에 머무르지 않고 제약산업에 필수적 기술로 응용됐다. 이들의 발견으로 동형 카이랄성의 출현 기작이 규명되면서 의약품 제조 시 부작용을 일으키는 분자가 아예 생성되지 않도록 화학 반응을 통제할 수 있게 됐다.

 

하이네 링케 노벨화학위원회 위원장은 "이들이 개발한 화학 반응은 경이롭다"고 말했다.

노벨위원회는 이들의 성과가 "의약품 제조를 위한 반응을 설계하는 화학자들에게 결정적인 역할을 했다"며 기초 화학의 중대한 돌파구이자 인류의 건강 증진에 이바지한 실용적 가치가 높다고 평가했다.

이날 수상으로 일본은 지난해에 이어 2년 연속 노벨화학상 수상자를 배출하면서 이 부문 수상자가 10명으로 늘었다. 일본에서 태어난 뒤 외국 국적을 취득한 사람 3명을 포함해 일본인 개인이 노벨상을 받는 것은 31번째다.

노벨화학상 수상자는 1천200만 스웨덴크로나(약 16억1천만원)를 받으며 수상자가 여러 명일 때에는 상금을 나눈다.

<연합뉴스>