[과학자가 해설하는 노벨상] '찰칵' 하면 결합하는 '클릭화학'..신약 개발 '주춧돌'

노벨상위원회 제공

2022년 노벨화학상은 캐롤린 버토지( (Carolyn R. Bertozzi), 모르텐 멜달(Morten Meldal), 그리고 배리 샤플리스(K. Barry Sharpless)가 클릭 반응(Click Chemistry)와 생체직교화학 (Bioorthogonal Chemistry)를 개발한 공로로 공동수상했다. 클릭 반응과 생체직교화학은 생명현상을 분자수준에서 관찰하고 조절하는 화학생물학과 신약 개발에 커다란 공헌을 해왔다.

클릭 반응은 말 그대로 두개의 서로 다른 작용기가 만나서 “찰칵”하는 것처럼 결합이 생성되는 반응을 말한다. 이러한 반응은 열을 가하거나 거대한 촉매의 도움 없이도 상온에서 일어난다.

실험실에서 합성적으로 물질을 만들 때에는 온도를 높이거나 다양한 약품을 넣어서 원하는 반응이 일어나도록 촉진하는 것은 얼마든지 가능하다. 하지만 생체 내에서는 추가로 약물을 넣어서 반응을 촉진하거나 37도 이상의 온도를 가해서 반응을 촉진할 수 없다.

클릭 반응은 생체 내의 다른 유기물들 및 생체고분자들과는 상호작용을 하지 않으면서 상온에서 원하는 반응을 선택적으로 일으킬 수 있기 때문에 살아있는 세포나 생명체에 적용이 가능하다는 점에서 혁신적이다. 

2022 노벨화학상 공동수상자인 캐럴린 버토지(55) 미국 스탠포드대 교수, 모르텐 멜달(68) 덴마크 코펜하겐대 교수, 배리 샤플리스(81) 미국 스크립스연구소 연구교수. 노벨상위원회 제공

만약 이러한 작용기가 생체 내의 다른 단백질이나 유기물과는 상호작용을 하지 않고 정해진 파트너와만 상호작용을 하게 된다면 원하는 현상을 선택적으로 볼 수 있을 것이다. 이러한 것이 생체직교화학이다.

생체(Bio-)의 작용기와 서로 마주치지 않는, 직교하는 (orthogonal) 반응이 찰칵 하는 순간에 일어나는 클릭 반응(Click reaction)은 생명현상을 모니터링할 수 있는 새로운 방법들을 제시해 주게 된 것이다. 멜달 교수와 샤플리스 교수는 클릭 화학(Click Chemistry) 개발에 대한 공로로, 버토지 교수는 이를 세포와 생명체에 적용한 공로로 노벨 화학상을 받게 된 것이다.

이러한 연구들은 생명 현상을 이해하는 데 커다란 공헌을 했다. 항암제 개발 및 면역 조절에 관련된 다양한 신약 개발에 중요한 공헌을 해 왔다. 이러한 이유로 노벨화학상을 수상하게 된 것이다.

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이 클릭 화학은 많은 전문가들에 의해서 노벨화학상 수상이 예측되어온 분야이다. 특히 생명현상 연구에 새로운 시대를 여는 데에 커다란 공헌을 했기 때문이다. 

올해 노벨화학상을 수상하신 배리 샤플리스 교수는 2001년에도 비대칭 촉매반응 (chirally catalysed oxidation reaction)으로 노벨 화학상을 받아 2번 노벨 화학상을 받게 됐다. 참고로 역사상 노벨상 과학분야를 2번 수상한 사람은 모두 5명이 됐다. 

마리퀴리 (Maria Curie)는 노벨화학상(1911)과 노벨물리학상(1903)을 받았고, 라이너스 폴링(Linus Pauling)은 노벨화학상(1954)과 노벨평화상(1962)을 받았다. 존 바딘 (John Bardeen)은 2번의 노벨물리학상(1956, 1972)을 받았고, 프레데릭 생어 (Frederick Sanger)는 1958년과 1980년에 2번의 노벨화학상을 받았다.

박승범 서울대 화학부 교수

[박승범 서울대 화학과 교수 ]