노벨화학상에 앙리 카강·소아이 겐소…‘동형 카이랄성’ 100년 미스터리 풀었다

의약품 제조에 핵심 기술로 응용…일본, 2년 연속 화학상 수상자 배출

▲ 올해 노벨화학상 수상자 [스웨덴 노벨 왕립과학원 노벨위원회 제공=연합뉴스]

올해 노벨화학상은 생명체를 구성하는 분자들이 한쪽 방향성만 띠는 ‘동형 카이랄성’의 출현 원리를 밝히는 데 기여한 앙리 카강(95) 프랑스 파리남부대학교 교수와 소아이 겐소(76) 일본 도쿄이과대학교 교수에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일(현지시간) 비대칭 유기합성에서의 비선형 효과와 자가촉매 작용을 발견한 공로로 두 사람을 올해 노벨화학상 수상자로 선정했다고 발표했다.

노벨 화학위원회는 이들의 연구가 ‘동형 카이랄성(homochirality)이 어떻게 자발적으로 출현할 수 있는가’라는 100년 넘는 화학적 미스터리에 해답을 제시했다고 평가했다.
 

▲ 거울상 분자 모형도 [노벨위원회 홈페이지=연합뉴스]

아미노산과 같은 일부 분자는 사람의 양손처럼 서로 거울에 비친 형태의 두 가지 변형체로 존재한다. 두 개의 거울상 분자를 형성하는 화학 반응에서는 두 형태가 정확히 절반씩 생성되지만 생명체는 이 가운데 하나만 포함하고 있다.

인간 세포 속 단백질에서도 왼손 형태인 L형 아미노산만 발견된다. 이처럼 생명체가 한쪽 형태의 분자만 갖는 현상을 화학자들은 ‘동형 카이랄성’이라고 부른다. 이러한 화학적 비대칭성이 어떻게 발생했는지는 오랫동안 화학자들에게 미스터리였다.

이 문제는 의약품 개발에서도 중요하다. 생명체와 상호작용하는 분자의 경우 거울상 가운데 한쪽만 원하는 약효를 내고 반대편 형태는 심각한 부작용을 유발할 수 있기 때문이다.

카강 교수는 1986년 화학 반응을 조작하는 새로운 방법을 발견하며 첫 번째 결정적인 발걸음을 내디뎠다. 촉매를 정교하게 조작해 불가능하다고 여겨졌던 수준으로 거울상 가운데 한쪽을 더 많이 만들어내는 비대칭 촉매 합성에 성공했다.

소아이 교수는 그다음 단계로 나아갔다. 1995년 발표한 핵심 논문에서 생성물 자체가 반응을 촉진하는 자가촉매 작용을 통해 동형 카이랄성을 띨 수 있는 최초의 화학반응인 이른바 ‘소아이 반응’을 설계했다.
 

▲ 올해 노벨화학상 수상자 [AFP=연합뉴스]

우주방사선이나 운석의 영향 등으로 초기 상태에서 50.0001대 49.9999처럼 극히 미세한 비대칭이 발생하더라도 소아이 반응의 기작을 거치면 조금이라도 우세한 쪽의 분자가 스스로 촉매가 돼 자신과 같은 형태의 분자를 기하급수적으로 복제한다는 사실을 발견한 것이다.

소아이 교수는 이어 2003년 두 가지 가능한 거울상 가운데 하나만 구현하는 반응을 제시했다. 생명체 자체를 제외하고는 누구도 달성하지 못했던 것으로, 지구 초기의 화학물질에서 어떻게 현재와 같이 100% 편향된 아미노산과 생명체가 탄생할 수 있었는지를 규명하는 가장 유력하고 결정적인 단서로 평가된다.

두 사람의 연구는 생명의 기원을 밝히는 기초과학을 넘어 제약산업에 필수적인 기술로도 응용됐다. 이들의 발견으로 동형 카이랄성의 출현 기작이 규명되면서 의약품 제조 과정에서 부작용을 일으키는 분자가 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.

이번 수상으로 일본은 지난해에 이어 2년 연속 노벨화학상 수상자를 배출했다. 일본의 노벨화학상 수상자는 9명으로 늘었으며, 일본에서 태어난 뒤 외국 국적을 취득한 3명을 포함하면 일본인 개인의 노벨상 수상은 31번째다.

노벨화학상 수상자는 1200만 스웨덴크로나(약 16억1000만원)를 받으며 수상자가 여러 명일 경우 상금을 나눈다.