오른손과 왼손처럼 서로 거울에 비친 모습이지만, 한쪽이 우세하게 만들어지는 두 분자의 화학 반응 원리를 밝혀낸 프랑스와 일본 과학자가 올해 노벨 화학상 수상자로 선정됐다. 7일(현지시간) 스웨덴 왕립 과학원은 2026년 노벨 화학상 수상자로 앙리 카강 프랑스 파리11대 명예교수와 소아이 겐소 일본 도쿄이과대 명예교수를 선정했다고 밝혔다. 일본은 지난해에 이어 2년 연속 노벨 화학상 수상자를 배출했다.
자연계에는 같은 성분으로 이뤄졌지만, 왼손과 오른손처럼 서로 겹쳐지지 않는 이른바 거울상 관계 분자가 존재한다. 약을 만들 때 이런 비대칭 거울상 분자 중 한쪽은 원하는 치료 효과를 내지만 다른 한쪽은 부작용을 일으킬 수 있다. 노벨위원회는 두 연구자가 생명체에서 나타나는 이 같은 분자의 비대칭성이 형성되는 화학 반응 경로를 밝혀냈다고 평가했다. 하이너 링케 노벨 화학상 위원장은 한쪽 거울상 분자가 우세한 상태가 자발적으로 생기는 원리에 대해 “100년 넘은 화학의 수수께끼에 해법을 제시했다”고 밝혔다.
생명체는 거울상 관계의 분자 중 한쪽 형태를 선택해 사용한다. 예컨대 인간 몸의 단백질을 구성하는 아미노산이 대표적이다. 이런 성질을 ‘호모키랄성’이라고 한다. 화학계는 호모키랄성이 왜 생기는지를 탐구해 왔다.
카강 교수는 1986년 화학 반응을 돕는 촉매에서 한쪽 거울상 분자가 조금 더 많으면 반응 결과물에선 그 차이가 훨씬 벌어질 수 있다는 사실을 발견했다. 당시에는 촉매에 들어 있는 두 형태의 비율이 결과물에도 비례해 반영될 것으로 여겼다. 카강 교수는 한쪽 분자의 우세가 증폭되는 ‘비선형 효과’를 확인했다.
소아이 교수는 실험을 통해 반응으로 만들어진 물질이 다시 촉매로 작용해 자신과 같은 형태의 분자를 더 만드는 ‘자기촉매 반응’을 설계했다. 1995년 발표한 연구에서 한쪽 거울상 분자가 조금 더 많은 상태에서 시작해 그 차이를 크게 확대하는 데 성공했다. 2003년에는 처음에 우연히 생긴 미세한 차이가 반응을 거치며 증폭되는 결과를 제시했다. 우연히 조금 더 만들어진 한쪽 분자가 자신과 같은 형태의 생성을 촉진하면서 차이를 키운다는 의미다. 이렇게 생명체에서 나타나는 분자의 비대칭성이 작은 우연에서 시작해 커질 수 있다는 경로를 보여주는 연구다.
이 발견은 원하는 형태의 분자를 높은 순도로 만들어야 하는 의약품 제조에 중요한 도구가 됐다. 향료와 농약 등 생명체와 상호작용하는 물질을 개발할 때도 활용할 수 있다. 촉매의 구성과 결과물의 비율이 어떻게 연결되는지 살피면 반응의 작동 원리를 이해하고 제조 과정을 개선할 수 있기 때문이다.
이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수는 “이 연구 결과는 생명체에서 한쪽 거울상 선택 현상을 이해하는 길을 열었을 뿐 아니라, 우리의 질병 치료에 필수적인 의약품 등에서 약효를 나타내는 원하는 거울상 분자만 선택적으로 만드는 기술 발전에 크게 기여했다”고 평가했다. 류도현 성균관대 교수는 “카강 교수가 비선형 효과를 발견하고, 소아이 교수가 실험적으로 확인해 생명체의 기원에 대한 해답을 줄 수 있는 증명을 해낸 것에 노벨위원회가 큰 의의를 둔 것”이라고 해석했다.
이번 노벨 화학상은 일본으로서는 개인과 단체를 포함해 32번째 노벨상 수상이다. 노벨 화학상으로는 10번째다. 일본은 지난해 기타가와 스스무 교토대 교수가 노벨 화학상을 받은 데 이어 2년 연속 수상의 영예를 안았다. 소아이 교수는 스웨덴 왕립 과학원과 전화 인터뷰에서 “노벨상을 받게 돼 인생에서 가장 흥분되는 순간을 맞았다”며 “존경하는 카강 교수와 함께 수상하게 돼 영광”이라고 말했다.
임성빈 기자
