[1970 노벨화학상] 루이스 페데리코 를루아르 : 설탕에 날개를 달아준 남자, '당 뉴클레오타이드'의 발견

 

 

 

🍬 달콤한 포도당은 어떻게 몸속의 배터리가 되는가?

 

우리가 밥이나 빵을 먹으면 소화되어 '포도당(Glucose)' 이 됩니다. 이 포도당은 우리 몸의 에너지원입니다. 하지만 우리 몸은 포도당을 그대로 놔두지 않고, 간이나 근육 속에 '글리코겐(Glycogen)' 이라는 거대한 덩어리로 뭉쳐서 저장합니다. 식물은 '녹말(Starch)' 로 저장하죠.

여기서 아주 오랫동안 풀리지 않던 생화학의 미스터리가 있었습니다.

"작은 포도당 알갱이들을 어떻게 연결해서 거대한 글리코겐으로 만드는가?"

당시 과학자들은 단순히 "효소가 포도당을 잡아서 본드로 붙이듯이 연결할 것"이라고 생각했습니다. 하지만 실험실에서 아무리 포도당과 효소를 섞어도 글리코겐은 만들어지지 않았습니다. 포도당끼리는 서로 손을 잡으려 하지 않았기 때문입니다.

"무언가 빠졌다. 포도당을 활성화시켜서 반응하게 만드는 '기폭제' 가 필요하다!"

오늘 소개할 1970년 노벨 화학상 수상자는 열악한 환경 속에서도 끈질긴 호기심으로 이 기폭제를 찾아낸 아르헨티나의 영웅입니다.

포도당에 '우라늄(Uranium)' 이 아니라 '유리딘(Uridine)' 이라는 꼬리표를 달아주면, 포도당이 활활 타오르는 에너지 덩어리로 변신한다는 사실을 밝혀낸 생화학자, 루이스 페데리코 를루아르(Luis Federico Leloir).

남미 최초의 노벨 화학상 수상자이자, 부서진 의자에 앉아 노벨상을 연구했던 그의 소박하지만 위대한 발견을 소개합니다.

 

📜 낡은 연구소의 기적 : 상한 감자가 준 힌트

 

루이스 를루아르는 1906년 프랑스 파리에서 태어났지만, 곧바로 부모님의 고향인 아르헨티나로 돌아와 평생을 그곳에서 살았습니다.

1940년대, 그가 일하던 부에노스아이레스의 캄포마르 연구소는 매우 가난했습니다. 최첨단 장비는커녕 제대로 된 시약도 부족했습니다. 하지만 를루아르에게는 천재적인 직관과 끈기가 있었습니다.

그는 효모나 동물의 간세포가 당을 분해하는 과정을 연구하고 있었습니다. 그러던 중 '갈락토스(Galactose, 우유에 든 당)' 를 분해하는 효소를 연구하다가 이상한 점을 발견합니다.

반응이 일어나려면 반드시 '열에 강한 어떤 보조 인자' 가 필요했습니다. 그는 이 미지의 물질을 분리해 내기 위해 수많은 효모를 농축하고 정제했습니다.

1949년, 마침내 그는 이 물질의 정체를 밝혀냅니다. 그것은 포도당에 '유리딘 이인산(UDP)' 이라는 뉴클레오타이드가 결합한 형태였습니다. 이름하여 'UDP-포도당(UDP-glucose)'.

"찾았다! 포도당은 혼자서는 아무것도 못 한다. 하지만 'UDP'라는 로켓 엔진을 달면, 엄청난 에너지를 가진 활성 상태가 되어 어디든 가서 달라붙을 수 있다!"

이것이 바로 인류가 최초로 발견한 '당 뉴클레오타이드(Sugar Nucleotide)' 였습니다.

 

🧐 생명의 합성 공식 : "먼저 활성화시켜라"

 

를루아르의 발견은 탄수화물 대사의 비밀을 푸는 열쇠였습니다.

그전까지 과학자들은 글리코겐을 만드는 과정(합성)이, 글리코겐을 부수는 과정(분해)의 단순한 역반응일 것이라고 착각했습니다. 하지만 를루아르는 "합성과 분해는 전혀 다른 길을 간다" 는 것을 증명했습니다.

[ 를루아르가 밝힌 글리코겐 합성 과정 ]

1. 포도당(Glucose)이 세포 안으로 들어온다.
2. 여기에 UTP(에너지원) 가 반응하여 'UDP-포도당' 이 된다. (활성화 단계: 포도당에 고에너지 꼬리표 부착)
3. 이 'UDP-포도당' 이 글리코겐 사슬 끝으로 가서, UDP를 떼어내 버리고 자신(포도당)만 찰싹 달라붙는다.
4. 떨어져 나간 UDP는 다시 충전된다.

마치 벽돌을 쌓을 때 그냥 쌓는 게 아니라, 벽돌마다 '시멘트(UDP)'를 발라야만 척척 쌓이는 것과 같습니다.

를루아르는 이 원리가 글리코겐뿐만 아니라, 식물의 녹말(Starch), 세포벽을 이루는 셀룰로오스, 곤충의 껍질인 키틴 등 자연계의 모든 탄수화물 합성에 공통적으로 적용된다는 사실을 밝혀냈습니다.

 

⚡️ 갈락토스혈증 : 우유를 먹으면 아픈 아이들

 

를루아르의 연구는 의학적으로도 큰 기여를 했습니다. 바로 유전병인 '갈락토스혈증(Galactosemia)' 의 원인을 규명한 것입니다.

신생아 중에는 모유나 우유를 먹으면 구토를 하고 간이 손상되며 심하면 백내장이나 지적 장애를 겪는 아이들이 있습니다. 우유 속의 '갈락토스' 를 포도당으로 바꾸지 못해서 독성 물질이 쌓이기 때문입니다.

를루아르는 갈락토스가 포도당으로 변할 때도 'UDP-갈락토스' 라는 중간 단계를 거쳐야 한다는 것을 알아냈습니다. 그리고 갈락토스혈증 환자들은 바로 이 변환 과정에 필요한 효소가 선천적으로 결핍되어 있다는 사실을 밝혀냈습니다.

덕분에 이제는 신생아 때 간단한 검사로 이 병을 찾아내고, 특수 분유를 먹임으로써 아이들이 건강하게 자랄 수 있게 되었습니다.

 

🏆 노벨상 : 감자 의자에 앉은 영웅

 

1970년, 스웨덴 왕립과학원은 루이스 를루아르에게 노벨 화학상을 단독 수여합니다. 수상 이유는 "당 뉴클레오타이드의 발견과 탄수화물 생합성에서의 역할 규명" 이었습니다.

그는 라틴 아메리카 최초의 노벨 화학상 수상자가 되어 아르헨티나의 국민 영웅이 되었습니다. 하지만 그의 태도는 언제나처럼 소박했습니다.

그의 연구실은 낡고 비좁기로 유명했습니다. 실험실 의자는 등받이가 부서져서 짚으로 엮어 만든, 소위 '감자 의자' 였습니다. 노벨상을 받은 후에도 그는 새 의자를 마다하고 그 낡은 의자에 앉아 연구를 계속했습니다.

그는 "돈이 없으면 머리를 써야 한다"며, 열악한 환경을 탓하지 않고 오히려 창의성의 원동력으로 삼았습니다. 그가 만든 실험 장치 중에는 낡은 타이어 튜브나 통조림 깡통을 재활용한 것도 많았다고 합니다.

 

📚 TMI : 겸손한 천재의 일화

 

1. "제가 누군지 아시나요?"

노벨상 수상 소식이 전해지던 날, 기자들이 그의 집으로 몰려들었습니다. 하지만 를루아르는 평소처럼 연구소로 출근했습니다. 실험실에 도착한 그는 동료들에게 "오늘 좀 시끄러울지도 몰라요. 제가 노벨상을 받았다네요"라고 덤덤하게 말하고는 곧바로 비커를 씻으러 갔다고 합니다.

2. 소스의 발견?

를루아르는 1948년, '살사 골프(Salsa Golf)' 라는 소스를 발명한 것으로도 유명합니다(전설에 따르면). 친구들과 골프 클럽에서 식사하다가 마요네즈와 케첩을 섞어 새로운 소스를 만들었다는 것입니다. 아르헨티나에서는 국민 소스로 통합니다. 화학자가 만든 최고의 혼합물 중 하나일지도 모릅니다.

3. 연구비 기부

그는 노벨상 상금 전액을 자신이 몸담았던 캄포마르 연구소에 기부했습니다. "과학은 나 혼자 한 것이 아니라, 우리 팀 모두가 한 것이다"라는 신념 때문이었습니다.

 

🌏 맺음말 : 부족함 속에서 피어난 발견

 

루이스 를루아르는 우리에게 "진정한 과학은 화려한 장비가 아니라, 집요한 호기심에서 나온다" 는 것을 보여주었습니다.

그는 넉넉지 않은 환경 속에서도 자연이 숨겨놓은 가장 달콤한 비밀, 즉 설탕이 어떻게 에너지가 되고 생명의 구조물이 되는지를 밝혀냈습니다.

오늘날 우리가 먹는 밥이 힘이 되고, 아이들이 건강하게 우유를 마실 수 있는 것은, 50년 전 낡은 의자에 앉아 설탕 분자에 날개를 달아주었던 한 노학자의 지혜 덕분입니다.