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TAG: MPI (막스플랑크연구소)

작성 2014-09-18
조회 2,185

출생1943-09-30, 독일
국적 독일
분야화학
소속텍사스대학교 하워드슈즈의학연구소 연구원
출신대학뮌헨 광과대학교
주요업적광합성의 과정을 규명
수상노벨 화학상 (1988)

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인물정보

독일의 화학자. 동료 화학자인 R.후버와 공동으로 분광학적(分光學的)인 방법으로 광합성의 구조를 밝힘으로써, 광합성에서 얻을 수 있는 유기물을 인공적으로 합성할 수 있는 길을 열었다. 광합성의 과정을 구명한 공로로 후버, 미헬 등과 함께 1988년 노벨화학상을 공동수상하였다.

뮌헨 공과대학에서 물리학으로 석사학위를, 1974년에 실험 물리학으로 박사학위를 취득하였다.

1971년부터 막스 플랑크생화학연구소의 연구원으로 들어가 태양에너지를 화학에너지로 바꾸어 동식물의 영양분이 되게 하는 광합성을 연구하였다. 동료 생화학자인 J.다이젠호퍼와 공동으로 분광학적인 방법을 써서 광합성을 하는 최소 단위인 ‘리액션 센터’의 3차원구조를 밝힘으로써, 광합성에서만 얻을 수 있는 유기물을 인공적으로 합성할 수 있는 길을 열었다.

1987년 미국 텍사스 대학 부설 하워드 슈즈 의학 연구소로 옮겨 광합성에 관한 연구를 계속하였고, 1988년 광합성의 과정을 구명한 공로로 다이젠호퍼, 미헬 등과 함께 노벨화학상을 공동 수상하였다.

그와 다이젠호퍼의 연구업적을 바탕으로 더욱 복잡한 생화학적 분자구조 속에서의 화학물질 이동양상을 구명할 수 있게 되었으며, 그 결과 광합성은 식물뿐만 아니라 박테리아·해조류, 그보다 훨씬 더 발달한 고등식물에서도 이루어진다는 사실이 밝혀졌다. 이들의 연구는 에너지 위기를 극복할 수 있는 문을 열고 세포 간의 화학물질 이동, 호르몬의 활용, 신경작용 등의 생리현상을 구명하는 데에도 이용할 수 있게 했다.

*공동수상자

하르트무트 미헬, 로베르트 후버

펼쳐보기 접어두기

시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
태초에 빛이 있었습니다. 이 빛은 지구 위에 생명의 탄생에 중요한 역할을 하였고 오늘날 햇빛은 우리 행성에 서식하는 생명체를 위해 절대적으로 필요한 전제 조건입니다. 태양빛은 식물의 녹색 잎에서 화학에너지로 바뀌는데 이것이 녹색식물 자체의 영양분뿐만 아니라 녹색 풀을 먹고 사는 소들의 영양분과 소의 고기를 먹고 우유를 마시는 우리들의 영양분, 그리고 그 밖의 먹이사슬을 통해 연결됩니다.

생명 과정에 필요한 에너지는 공기 중에 있는 산소에 의해 당과 지방이 연소되면서 상당한 양이 방출됩니다. 영양분이 다 소모되면 녹색식물의 광합성을 통해 다시 재생산되기 때문에 이 과정은 무한정으로 계속될 수 있습니다. 식물은 광합성에서 두 개의 단순한 분자, 즉 이산화탄소와 물로부터 복잡한 영양물질을 만들기 위해 산소를 내보내는 것과 함께 태양에너지를 사용합니다. 살아 있는 유기체 내 세포들의 호흡에서 이 영양분은 이산화탄소와 물로 다시 바뀌고, 그래서 태양에 의해 진행되는 연속적인 순환과정이 이루어집니다.

광합성뿐만 아니라 호흡에서도 전자들은 마치 전류처럼 높은 곳에서 더 낮은 에너지 준위로 떨어집니다. 그러나 그것들은 전선을 통해 흐르는 것이 아니라 철과 같은 금속을 포함하고 있는 수많은 복잡한 단백질들 사이를 이동합니다. 단순한 금속화합물들 사이에서 일어나는 전자이동의 원리는 1983년 노벨 화학상 수상자인 헨리 타우비가 자세히 분석하였습니다. 오늘날 화학 연구의 중요한 목표는 더욱 복잡한 생화학 과정을 설명하기 위해서 이 같은 공헌들을 확장해 나가는 것입니다.

전자이동을 중개하는 단백질은 생체막에 결합되어 있는 거대한 분자집합체로 구성되어 있습니다. 전자이동에서 에너지가 방출되고 이것이 살아 있는 세포의 절대적인 에너지 저장분자인 ATP를 만들기 위해서 사용됩니다. ATP 형성은 1978년 노벨 화학상 수상자인 피터 미첼이 밝힌 메커니즘에 따라 일어납니다.

그러나 삼차원 구조를 자세하게 결정하기 위한 형태로 막에 결합된 단백질을 준비하는 것은 오랫동안 불가능했습니다. 1984년 이전에는 단지 몇 개의 막 단백질들에 대하여 희미한 구조적인 사진들이 있었습니다. 이는 1982년 노벨 화학상을 수상한 영국의 아론 클루그가 개발한 전자현미경의 도움으로 얻은 결과입니다. 그러나 1982년에 하르트무트 미헬 교수가 체계적인 실험으로 박테리아에서 광합성반응센터를 매우 정렬된 결정으로 만드는 데 성공하면서 상황은 크게 바뀌었습니다. 이렇게 만든 결정을 가지고 1982년부터 1985년까지 요한 다이젠호퍼 교수, 그리고 로베르트 후버 교수와 함께 공동 연구를 하게 되었으며, 원자 수준까지 자세하게 반응센터의 구조를 결정하였습니다.

그래서 상을 받게 된 구조결정은 지구의 생물권에서 가장 중요한 화학반응인 광합성에 포함된 기본적인 반응을 이해하는 데 크게 기여하였습니다. 그러나 이것은 광합성연구와 거리가 먼 분야에도 중요합니다. 광합성과 호흡작용에 연관된 각 결합 단백질은 세포에 영양분 전달, 호르몬 활동, 혹은 신경 임펄스 등 생체의 중추작용과 관련되어 있습니다. 이 과정에 참여하는 단백질은 생체막에 고정되고 반응센터의 구조는 그런 단백질의 구조적 원리를 나타냈습니다. 미헬 교수의 방법론적 성과는 다른 많은 막단백질에서도 자세한 구조를 결정할 수 있기 때문에 중요합니다. 분자 크기에서 보면 아주 먼 거리인데, 어떻게 생물학적 전자이동이 1조분의 1초 내에 일어날 수 있는지를 이해하는 데 필수적인 도구를 반응센터구조가 이론화학자에게 제공한 사실은 아주 중요합니다. 좀 더 멀리 내다보면 그와 같은 연구로부터 인공적인 광합성과 같은 중요한 에너지 기술을 이끌어 낼 수 있습니다.

다이젠호퍼 박사님, 후버 박사님, 그리고 미헬 박사님.
지금까지 저는 교수님들이 완성한 광합성반응센터의 구조 규명이 지구에서 가장 중요한 화학반응을 이해하는 데에 얼마나 큰 기여를 했는지를 설명하였습니다. 그러나 이것은 막단백질의 구조적 원리를 밝히고 생체시스템에서 빠르게 움직이는 전자이동의 기본을 이해하기 위한 중요한 도구를 이론화학자에게 제공하기 때문에 광합성과 거리가 먼 분야에서도 중요한 의미를 가집니다. 이같은 기초적인 공헌을 인정하여 스웨덴 왕립과학원은 교수님들께 올해 노벨 화학상을 수여하기로 결정하였습니다.

과학원을 대신하여 진심으로 축하를 드리며, 이제 전하로부터 상을 받으시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 보 맘스트룀

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