[1957 노벨화학상] 알렉산더 토드 : DNA와 RNA의 화학적 기초를 세운 선구자

생명의 설계도인 DNA와 RNA는 모든 살아있는 생명체가 정보를 담아 단백질을 만들고 세포를 구성하며 생명 현상을 유지하는 핵심이다. 오늘날 DNA의 이중 나선 구조를 알고 유전 코드를 해독했으며, 유전자 편집 기술까지 가능해졌다. 그러나 이 모든 것이 가능하려면 뉴클레오타이드라는 기본 빌딩 블록의 화학적 구조를 정확히 밝히고, 그것들이 어떻게 연결되어 핵산을 이루는지 이해해야 했다. 뉴클레오타이드를 규명하고 합성한 사람은 알렉산더 토드이다. 1957년 노벨화학상 수상 이유는 “뉴클레오타이드 및 뉴클레오타이드 보조효소에 관한 연구”였다. 토드의 연구 없이는 왓슨과 크릭의 이중 나선 발견도 분자생물학의 발전도 없었을 것이다.

토드의 삶과 학문은 글래스고에서 태어나 화학에 재능을 보인 뒤 글래스고대에서, 프랑크푸르트와 옥스퍼드에서 박사 학위를 얻었다. 비타민 B1의 구조 결정 연구로 시작해 분자생물학의 구조 결정에 눈을 뜬 그는 케임브리지를 세계 최고 화학 연구 기관으로 이끌며 행정가로도 활약했다. 1975년 남작 작위를 받고 상원 활동도 시작했다. 뉴클레오타이드의 구조를 밝히고 합성한 것이 토드의 가장 중요한 업적이다. 뉴클레오타이드는 질소 함유 염기, 오탄당, 인산기로 이뤄지며, 당과 인산기 사이의 3'-5' 인산다이에스터 결합이 결합 방식의 핵심이었다. 이 결합이 규명됨으로써 핵산의 기본 구조를 이해하고, 왓슨과 크릭의 3차원 구조 추론이 가능해졌다.

토드의 또 다른 업적으로 ATP가 있다. 아데노신 삼인산의 완전한 화학 구조를 규명하고 합성법을 개발해 생화학 연구에 큰 기여를 했다. ATP는 에너지 화폐로 세포 활동에 필요한 에너지를 공급한다. 또한 FAD와 NAD의 구조를 밝히며 산화환원 반응에서 전자 운반의 기전을 이해하는 데 기여했다. 이러한 연구는 크렙스 회로와 전자전달계의 이해를 뒷받침했다. 현대 유전공학의 토대가 된 DNA 서열 분석 기술과 PCR, CRISPR, RNA 백신 등도 토드가 밝힌 뉴클레오타이드 화학의 기초 위에 세워졌다.

과학 행정가로서의 토드는 영국 과학 정책에도 큰 영향을 주었다. 과학 교육과 기초 과학 투자, 산업과의 연계 강화를 강조했고, 크라이스트 칼리지 학장으로도 대학 교육 발전에 힘썼다. 1997년 케임브리지에서 세상을 떠났으나, 뉴클레오타이드의 화학, ATP, FAD와 NAD의 구조는 오늘날 모든 생화학 교과서의 기초로 남아 있다. 의학과 생명공학의 미래를 여는 화학적 언어를 남긴 사람으로 기억된다.