노벨화학상에 카강·소아이…100년 난제 ‘손대칭 분자’ 비밀 풀었다

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올해 노벨 화학상은 서로 구조가 같은 분자들이 왼손과 오른손처럼 겹쳐지지 않는 ‘손대칭성’(카이랄)의 문제를 연구한 학자들에게 돌아갔다.

6일 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 “비대칭 유기 합성에서 ‘비선형 효과’와 자기촉매 작용을 발견한 공로”로 프랑스 출신 화학자 앙리 카강(파리 제11대 교수)과 일본 출신 화학자 소아이 겐소(도쿄과학대 교수)를 2026년 노벨 화학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

왼손과 오른손은 같은 구조를 가졌지만 어떤 방향으로 돌려도 서로 포갤 수 없는데, 아미노산 같은 일부 분자들도 이런 ‘거울상 이성질체’로 존재한다. 문제는 생명체에서는 한쪽 방향의 이성질체, 곧 왼손과 오른손 가운데 한쪽 손만 사용된다는 점이다. 이 같은 ‘단일 손대칭성’(homochirality)은 우주의 기원만큼 밝히기 어려운 수수께끼일 뿐 아니라, 오랫동안 의약품을 만들려는 화학자들을 괴롭혀왔다. 많은 약물 분자는 이성질체로 존재하는데, 한쪽 방향으로 치우친 인간 몸에선 어느 쪽이 치료 효과를 내고 어느 쪽이 해로운 부작용을 낼지 알 수 없기 때문이다.

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일반적인 화학 반응에선 양쪽 이성질체가 동등하게 만들어진다. 그러나 카강 교수는 1986년 서로 다른 비율의 거울상 이성질체를 혼합할 때 한쪽 방향의 이성질체가 더 많이 만들어지는 ‘비선형 효과’를 찾아냈다. 한쪽 방향의 이성질체를 선택적으로 만들어낼 수 있는 가능성을 연 것이다. 여기에 소아이 교수는 화학 반응으로 만들어진 결과물이 다시 스스로를 더 많이 만들어내는 촉매 구실을 할 수 있음을 발견하고, 이를 토대로 2003년 거울상 가운데 한쪽만을 선택적으로 만들어낼 수 있는 화학 반응(‘소아이 반응’)을 최초로 발표했다.

최태림 취리히연방공대 교수(재료과학과)는 “카강 교수는 촉매의 비대칭 비율이 합성된 물질의 비대칭 비율과 선형 대응하지 않고 비대칭하다는 것을 발견했고, 소아이 교수는 이를 활용해 1%의 작은 비대칭 촉매만 있어도 자연의 아미노산, 설탕, 디엔에이(DNA)처럼 99% 이상의 비대칭 물질을 만들 수 있다는 것을 보고했다”고 설명했다. 생명의 근원 역시 이런 과정을 통해 한쪽으로 치우친 거울상만 갖게 됐다는 가설을 제시했단 것이다.

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노벨위원회는 이들이 “화학자들에게 일상 연구에 활용할 수 있는 새로운 도구를 주었을 뿐 아니라, 모든 생명체에서 발견되는 ‘단일 손대칭성’이 어떻게 발생하는지 화학계의 가장 큰 미스터리 중 하나를 해결하는 데 기여했다”고 밝혔다. 이들의 연구가 기초 연구에 큰 획을 그었을 뿐 아니라 의약품 개발 등 실용 연구에도 중요한 의미가 있다는 평가다. 이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수는 “이들의 연구 결과는 생명체에서 한쪽 거울상 선택 현상을 이해하는 데 길을 열었을 뿐 아니라, 우리의 질병 치료에 필수적인 의약품 등에서 약효를 나타내는 원하는 거울상 분자만 선택적으로 만드는 기술 발전에 크게 기여하여 수상한 것으로 평가된다”고 밝혔다.