[1928 노벨화학상] 아돌프 오토 라인홀트 빈다우스 : 스테롤의 구조에서 비타민 D까지, 생명 분자의 지도를 그리다

콜레스테롤은 1784년에 처음 담석에서 분리된 이후 100년 이상 화학자들의 관심 대상이 되었지만, 1900년대 초반까지도 정확한 3차원 구조를 밝히는 일은 큰 도전이었다. 분자식은 C27H46O로, 탄소 27개 수소 46개 산소 1개로 구성된 이 분자의 구조를 해명하는 과정은 유기화학의 핵심 과제 중 하나로 남아 있었다. 체계적인 구조 분석에 앞장선 빈다우스는 다양한 유도체를 만들고 이들 성질을 비교 분석하는 방법으로 구조를 탐구했다. 산화 분해를 통해 분자를 더 작은 조각으로 잘라 각 조각의 구조를 파악하고, 이를 토대로 원래 분자의 골격을 재구성했다. 이 과정에서 콜레스테롤과 담즙산이 같은 스테로이드 고리 골격을 공유한다는 사실을 확인했고, 이로써 서로 다른 연구가 연결되는 모습을 보았다. 또한 빈다우스는 에르고스테롤이라는 식물성 스테롤의 구조도 분석해내며 콜레스테롤과의 유사성을 확인했다.

에르고스테롤과 비타민 D의 연결은 1920년대 초반에 빛을 발했다. 영국의 멜란비가 구루병이 식이 결핍으로 생긴다는 것을 동물 실험으로 밝혀 내놓고, 1922년 맥컬럼은 이를 비타민 D라고 명명했다. 햇빛을 받으면 구루병이 예방된다는 사실도 이미 알려져 있었다. 이러한 의문 속에서 빈다우스는 에르고스테롤을 자외선에 노출시키면 항구루병 효과를 가진 물질이 만들어진다는 것을 발견했고, 1927~1928년 사이에는 자외선 조사된 에르고스테롤로부터 비타민 D2가 생성됨을 확인했다. 또한 피부 속의 7-데하이드로콜레스테롤이 자외선에 의해 비타민 D3로 변환된다는 사실도 밝혀졌다.

스테롤 구조에서 자외선 흡수로 인한 변환과 열이온화 반응을 거쳐 최종적인 비타민 D가 형성된다는 메커니즘은 중요한 화학적 연결고리다. 에르고스테롤이나 7-데하이드로콜레스테롤의 B고리에 존재하는 공액 이중 결합이 자외선을 흡수하면서 광화학 반응이 일어나고, 이 과정에서 비타민 D의 전구체가 만들어진다. 이후 열에 의한 이온화 단계를 통해 비타민 D가 완성된다. 이러한 발견은 피부가 햇빛을 받아야 하는 이유와 북위도 지역 사람들이 비타민 D 결핍에 걸리기 쉬운 이유를 화학적으로 설명해 주었다.