[1907 노벨화학상] 에두아르트 부흐너 : 생명의 신비를 비커에 담은, 효소의 발견자

 

 

 

🍺 "생명이 없어도 발효는 일어난다" 파스퇴르를 넘어서

 

19세기 말, 과학계는 거대한 논쟁에 휩싸여 있었습니다. 바로 "생명(Life)이란 무엇인가?" 에 대한 질문이었습니다.

당시 미생물학의 아버지 루이 파스퇴르는 이렇게 주장했습니다. "발효는 살아있는 효모(Yeast)가 숨을 쉬고 먹이를 먹는 생명 활동이다. 따라서 세포가 죽거나 깨지면 발효는 절대 일어나지 않는다." (생기론)

반면 유기화학의 거장 리비히나 뵈러 같은 화학자들은 반박했습니다. "아니다. 발효는 단지 복잡한 화학 반응일 뿐이다." (기계론)

하지만 파스퇴르의 권위가 워낙 절대적이었기에, 대부분의 사람은 "살아있는 세포 없이는 생명 현상도 없다"고 믿었습니다.

그런데 1897년, 휴가 기간에 형의 실험실에 놀러 갔던 한 화학자가 아주 우연한 실수(?)로 이 견고한 믿음을 산산조각 냈습니다.

그는 살아있는 세포를 모조리 갈아 없앤 '주스'에서 거품이 보글보글 올라오는 것을 목격했습니다. 이 발견 하나로 인류는 '생화학(Biochemistry)' 이라는 새로운 우주를 얻게 되었습니다.

1907년 노벨 화학상 수상자, 에두아르트 부흐너 (Eduard Buchner)의 우연하고도 위대한 발견 이야기를 시작합니다.

 

📜 형을 돕다가 역사적 발견을 하다

 

에두아르트 부흐너는 1860년 독일 뮌헨에서 태어났습니다.

그의 집안은 학구적인 분위기였는데, 특히 10살 터울의 형 한스 부흐너는 유명한 위생학자이자 세균학자였습니다. 에두아르트는 형을 아버지처럼 따르며 과학자의 꿈을 키웠습니다.

1893년, 형 한스 부흐너는 면역학 연구를 위해 '효모(Yeast)의 세포 내용물' 이 필요했습니다. 형의 부탁을 받은 동생 에두아르트는 효모 세포를 파괴해서 그 안의 체액만 짜내는 실험을 맡았습니다.

하지만 효모 세포벽은 생각보다 훨씬 단단했습니다. 아무리 눌러도 터지지 않았죠. 에두아르트는 기발한 아이디어를 냅니다.

"모래와 규조토를 섞어서 막자사발에 넣고 갈아버리자!"

그는 효모를 모래와 함께 벅벅 갈아서, 마침내 세포가 완전히 파괴된 걸쭉한 액체를 얻는 데 성공했습니다. 그리고 이 액체를 헝겊에 넣고 유압 프레스로 짜내어 황금빛의 효모 추출액(Yeast Juice) 을 얻었습니다.

문제는 이 귀한 주스가 상온에서 금방 상해버린다는 것이었습니다.

 

🍯 잼을 만들려다 발견한 '좀비 효모'

 

당시에는 냉장고가 없었습니다. 귀하게 얻은 효모 추출액을 보관할 방법이 필요했습니다.

그때 에두아르트의 머릿속에 어머니가 잼을 만들던 방식이 떠올랐습니다. "과일 잼을 만들 때 설탕을 듬뿍 넣으면 오랫동안 상하지 않지. 이 주스에도 설탕(Sucrose) 을 왕창 넣어서 보존해 볼까?"

그는 단순히 방부제 용도로 고농도의 설탕을 효모 추출액에 부어 넣었습니다. 그런데 잠시 후, 비커 안에서 기이한 일이 벌어졌습니다.

보글... 보글... 쏴아아!

죽은 효모의 체액, 즉 살아있는 세포가 단 하나도 없는 액체 속에서 가스 거품이 맹렬하게 솟아올랐습니다. 알코올 냄새가 진동했습니다. 그것은 명백한 '발효(Fermentation)' 였습니다.

부흐너는 자신의 눈을 의심했습니다. 파스퇴르의 말대로라면 세포가 다 죽었으니 아무 일도 없어야 했습니다. 하지만 눈앞의 비커는 말하고 있었습니다.

"생명(세포)은 죽었지만, 발효를 일으키는 무언가는 여전히 살아있다."

 

🧬 생기론의 종말, 효소(Zymase)의 발견

 

1897년, 부흐너는 이 충격적인 결과를 <세포 없는 발효에 대하여> 라는 논문으로 발표합니다.

그는 효모 세포 안에 발효를 일으키는 '어떤 물질'이 존재하며, 세포가 죽더라도 그 물질만 있으면 발효가 일어난다고 결론지었습니다. 그는 이 물질에 그리스어로 '효모 속'이라는 뜻을 담아 치마아제(Zymase) 라는 이름을 붙였습니다.

이것이 바로 인류가 처음으로 실체를 확인한 '효소(Enzyme)' 의 개념이었습니다.

이 발견의 의미는 실로 엄청났습니다.

1. 생기론의 패배: 생명 현상은 신비로운 '생명력(Vital force)'이 아니라, 화학 물질(효소)에 의한 화학 반응임이 증명되었습니다.
2. 생화학의 탄생: 이제 과학자들은 생명체를 해부하지 않고도, 시험관(In vitro) 안에서 생명 현상을 재현하고 연구할 수 있게 되었습니다.

부흐너 덕분에 우리는 소화가 어떻게 일어나는지, 근육이 어떻게 움직이는지, 에너지가 어떻게 만들어지는지를 분자 수준에서 이해할 수 있게 된 것입니다.

 

🏆 1907년, 파스퇴르의 그림자를 지우다

 

1907년, 스웨덴 한림원은 에두아르트 부흐너를 노벨 화학상 수상자로 선정합니다.

사실 당시까지도 파스퇴르를 추종하는 세력은 부흐너의 발견을 인정하지 않으려 했습니다. "부흐너가 세포를 덜 갈아서 살아있는 놈이 남았을 것이다"라며 공격했죠. 하지만 부흐너는 수십 번의 반복 실험을 통해 완벽한 '세포 없는 발효'를 증명해 냈습니다.

수상 이유는 다음과 같았습니다.

"생화학적 연구와 세포 없는 발효(Cell-free fermentation)의 발견을 통하여 과학 발전에 기여한 공로를 인정하여..."

이 수상은 화학이 생물학의 영역(생명 현상)을 침범하여, 그 비밀을 밝혀낼 수 있음을 선언한 역사적인 사건이었습니다.

 

🎖️ 비운의 애국자, 전쟁터에서 산화하다

 

위대한 발견으로 영광을 누렸던 부흐너의 말년은 비극적이었습니다.

1914년 제1차 세계대전이 발발하자, 그는 이미 54세의 나이에 뮌헨 대학교 정교수라는 높은 지위에 있었음에도 불구하고 자원입대했습니다. 그는 평소 "조국이 부르면 언제든 달려가겠다"는 신념을 가진 애국자였습니다.

그는 수송 부대 대위로 복무하며 최전선인 루마니아 전선으로 향했습니다. 제자들과 동료들이 만류했지만, 그의 고집을 꺾을 수 없었습니다.

1917년 8월, 포탄 파편이 그를 덮쳤습니다. 치명상을 입은 그는 야전 병원으로 후송되었으나 끝내 회복하지 못하고 57세의 나이로 전사했습니다.

"위대한 과학적 지성 하나가, 전쟁이라는 야만의 포화 속에 허무하게 사라졌다."

당시 독일 과학계는 큰 충격과 슬픔에 빠졌습니다. 노벨상 수상자가 전쟁터에서 총을 들고 싸우다 전사한 것은 매우 드문 사례였기 때문입니다.

 

🧐 에두아르트 부흐너에 대한 흥미로운 TMI

 

1. 모래의 비밀 부흐너가 효모를 갈 때 사용한 '모래'는 신의 한 수였습니다. 이전까지 과학자들은 효모를 으깨려고만 했지, 연마제(모래)를 섞어 갈아버릴 생각은 못 했습니다. 이 단순하고도 과격한 방법이 세포벽이라는 난공불락의 요새를 무너뜨렸습니다.
2. 형 한스 부흐너의 공로 사실 이 연구의 시작은 형 한스의 실험이었습니다. 하지만 형은 "효모 추출액은 의학적으로 별 쓸모가 없다"며 관심을 껐고, 동생 에두아르트가 끈질기게 매달린 끝에 대발견을 이뤄냈습니다. 노벨상은 동생 혼자 받았지만, 에두아르트는 항상 형에게 감사함을 표했습니다.
3. 효소(Enzyme)라는 단어의 뜻 'Enzyme'이라는 단어는 사실 부흐너 이전에 퀴네(Kühne)라는 학자가 처음 제안했습니다. 그리스어로 'en(안에)' + 'zyme(효모)', 즉 '효모 속에 있는 것' 이라는 뜻입니다. 부흐너의 발견은 이 단어의 뜻을 문자 그대로 증명한 셈입니다.

 

🌏 맺음말 : 비커 속에서 생명을 빚다

 

에두아르트 부흐너의 발견 이전까지 인류에게 생명은 '신비롭고 알 수 없는 힘'이었습니다. 하지만 부흐너 이후, 생명은 '정교하게 설계된 화학 반응의 연속' 이 되었습니다.

그가 설탕을 부어 넣었던 그날의 우연한 비커 속에서, 현대 의학, 제약, 식품 공학의 씨앗이 발아했습니다. 우리가 먹는 소화제, 맥주 공장의 발효 탱크, 그리고 최첨단 바이오 의약품까지.

생명의 신비를 하늘에서 땅으로, 그리고 비커 안으로 끌어내려 우리 손에 쥐어준 에두아르트 부흐너. 비록 전쟁의 포화 속에 비극적으로 삶을 마감했지만, 그가 발견한 '생명의 불꽃(효소)'은 영원히 꺼지지 않고 타오르고 있습니다.