[1930 노벨화학상] 한스 피셔 : 피의 붉은색과 잎의 초록색, 생명의 색깔을 합성하다

 

 

🩸 붉은 피와 초록 잎, 그 놀라운 평행이론

 

우리가 손을 베면 붉은 피가 나옵니다. 숲을 거닐면 온통 초록색 나뭇잎이 보입니다. 빨강(Red) 과 초록(Green). 이 두 색깔은 색상환에서 정반대에 위치한 보색인 것처럼, 동물과 식물을 구분 짓는 가장 상징적인 색깔입니다.

피의 붉은색은 우리 몸에 산소를 배달하는 '헤모글로빈(Hemoglobin)' 때문이고, 잎의 초록색은 태양 에너지를 흡수하는 '엽록소(Chlorophyll)' 때문입니다.

하는 일도 다르고 색깔도 정반대인 이 두 물질이, 화학적으로는 '쌍둥이' 처럼 닮아 있다면 믿으시겠습니까?

20세기 초까지만 해도 화학자들은 이 두 물질이 전혀 다른 기원을 가질 것이라고 생각했습니다. 하지만 한 명의 집요한 화학자가 이 복잡한 분자들을 하나하나 뜯어보고 다시 조립한 끝에, 자연이 숨겨놓은 놀라운 '화학적 라임(Rhyme)' 을 찾아냈습니다.

오늘 소개할 1930년 노벨 화학상 수상자는 생명의 색을 지배하는 반지의 제왕입니다.

독일의 유기화학자 한스 피셔(Hans Fischer).

그는 피 속의 붉은 색소인 '헤민(Hemin)' 을 인공적으로 합성해 내고, 엽록소의 구조까지 밝혀냄으로써 동물과 식물이 분자 수준에서 하나의 뿌리로 연결되어 있음을 증명한 위대한 과학자입니다.

 

📜 피롤의 제왕 : 분자를 조각내다

 

한스 피셔는 1881년 독일에서 염색 공장 기술자의 아들로 태어났습니다. 어릴 때부터 색깔과 화학 약품에 익숙했던 그는 뮌헨 대학에서 의학과 화학을 모두 공부했습니다.

그의 별명은 '피롤의 제왕(The King of Pyrroles)' 이었습니다. '피롤(Pyrrole)' 은 탄소 4개와 질소 1개로 이루어진 오각형 모양의 작은 고리 화합물입니다. 피셔는 거대한 헤모글로빈 분자를 산성 용액에 넣고 끓여서 분해해 보았습니다. 그러자 거대한 덩어리가 깨지면서 바로 이 '피롤' 조각들이 쏟아져 나왔습니다.

"피는 피롤이 모여서 만들어진 것이다. 그렇다면 피롤을 다시 조립하면 피를 만들 수 있지 않을까?"

그는 레고 블록을 조립하듯 피롤 고리들을 연결하기 시작했습니다. 수천 번의 실패 끝에 그는 자연계의 가장 아름다운 구조 중 하나인 '포르피린(Porphyrin)' 링을 찾아냅니다.

[ 포르피린의 구조 ] 작은 피롤 고리 4개가 서로 손을 잡고 커다란 큰 고리 하나를 만듭니다. 그리고 그 정중앙에는 금속 원자가 들어갈 수 있는 빈자리가 있습니다.

 

🧐 위대한 합성 : 시험관에서 피를 만들다

 

피셔의 목표는 단순히 구조를 알아내는 것(분해)이 아니라, 그것을 실험실에서 직접 만들어내는 것(합성)이었습니다. 화학에서 합성은 구조를 완벽하게 이해했다는 최후의 증명이기 때문입니다.

1929년, 피셔의 실험실에서는 역사적인 순간이 펼쳐졌습니다. 그는 자신이 만든 포르피린 고리 중앙에 '철(Fe)' 원자를 끼워 넣었습니다. 그러자 용액이 선명한 붉은색으로 변했습니다.

그것은 바로 '헤민(Hemin)' 이었습니다. 헤모글로빈에서 단백질 껍질을 벗겨낸, 산소를 운반하는 붉은색 색소의 핵심체였습니다.

"나는 자연의 도움 없이, 오직 화학 지식만으로 생명의 붉은색을 창조했다."

이것은 유기화학의 승리였습니다. 신의 영역이라 여겨졌던 복잡한 생체 물질을 인간이 바닥부터 쌓아올려 만든 것입니다.

 

🌿 엽록소의 비밀 : 철 대신 마그네슘

 

피(Blood)를 정복한 피셔의 눈은 이제 식물로 향했습니다. 그의 스승뻘인 리하르트 빌슈테터(1915년 수상자)가 엽록소에 마그네슘이 있다는 것은 밝혔지만, 정확한 구조는 아직 미지수였습니다.

피셔는 엽록소를 분해했습니다. 놀랍게도 거기서도 피롤 조각들이 나왔습니다. 그는 엽록소 역시 포르피린 고리로 이루어져 있다는 사실을 확인했습니다.

그리고 마침내 동물과 식물의 결정적인 차이를 화학식으로 그려냈습니다.

• 동물의 피 (헤민): 포르피린 고리 + 중심에 철(Fe)
• 식물의 피 (엽록소): 포르피린 고리 + 중심에 마그네슘(Mg) + 긴 꼬리(피톨)

구조적으로 두 물질은 거의 '이란성 쌍둥이' 나 다름없었습니다. 자연은 똑같은 기본 설계도(포르피린)를 사용하되, 가운데 박아 넣는 보석(금속)만 바꿔서 하나는 산소를 나르게 하고, 하나는 빛을 흡수하게 만든 것입니다.

이 발견은 생물학적으로 엄청난 충격이었습니다. 움직이는 동물과 움직이지 않는 식물이, 화학적으로는 형제라는 사실이 명백해졌기 때문입니다.

 

🏆 노벨상 : 색깔의 화학자

 

1930년, 스웨덴 왕립과학원은 한스 피셔에게 노벨 화학상을 수여합니다. 수상 이유는 "헤민과 엽록소의 구성에 관한 연구 및 헤민 합성의 공로" 였습니다.

그의 연구 덕분에 우리는 빈혈이 왜 생기는지(철분 부족으로 헤민을 못 만들어서), 식물이 어떻게 에너지를 만드는지, 그리고 우리 몸의 대사 과정이 어떻게 연결되어 있는지 이해하게 되었습니다.

 

📚 TMI : 비극적인 최후

 

한스 피셔의 삶은 과학적으로는 화려했지만, 그 끝은 비극적이었습니다.

1. 엄청난 워커홀릭

피셔는 지독한 일벌레였습니다. 그는 평생 60,000개가 넘는 화합물을 만들고 분석했다고 전해집니다. 그의 연구실 제자들은 스승의 속도를 따라가느라 혀를 내둘렀고, 그의 꼼꼼함은 숨이 막힐 정도였다고 합니다.

2. 멍든 자국은 왜 색이 변할까?

우리가 어딘가에 부딪혀 멍이 들면 처음에는 붉은색이었다가, 시간이 지나면 보라색, 초록색, 노란색으로 변하며 사라집니다. 피셔는 이 과정도 연구했습니다. 헤모글로빈(붉은색)이 깨지면 빌리버딘(초록색)이 되고, 다시 빌리루빈(노란색)으로 변해 배설된다는 것을 밝혀냈습니다. 멍의 색깔 변화는 바로 피셔가 연구한 포르피린 고리가 풀리는 과정입니다.

3. 전쟁이 앗아간 목숨

제2차 세계대전이 막바지로 치닫던 1945년 부활절. 연합군의 폭격으로 뮌헨 공과대학에 있던 피셔의 연구실이 파괴되었습니다. 평생을 바쳐 모은 수만 개의 화합물 샘플과 연구 노트가 잿더미가 되었습니다. 삶의 모든 것을 잃은 절망감에 빠진 피셔는, 그로부터 며칠 뒤 스스로 목숨을 끊었습니다. 전쟁의 광기가 위대한 과학자의 마지막을 앗아간 안타까운 사건이었습니다.

 

🌏 맺음말 : 생명의 동질성을 보다

 

한스 피셔는 시험관 속에서 '생명의 통일성' 을 발견했습니다.

들판의 풀과 혈관 속의 피는 색깔만 다를 뿐, 그 본질은 같은 구조 위에 서 있었습니다. 이것은 모든 생명체가 아주 먼 옛날, 하나의 공통 조상에서 갈라져 나왔다는 진화의 강력한 증거이기도 합니다.

우리가 숲을 보며 편안함을 느끼는 것은, 어쩌면 우리 피 속에 흐르는 붉은 분자가 저 초록색 잎사귀 속의 분자를 오랜 친구로 기억하고 있기 때문인지도 모릅니다.