아돌프 오토 라인홀트 빈다우스

1. 개요

아돌프 오토 라인홀트 빈다우스는 독일의 화학자로, 스테롤과 비타민 D 연구로 1928년 노벨 화학상을 수상했다. 그는 콜레스테롤 연구를 시작으로, 비타민 D의 전구체를 발견하고, 비타민 B군과 비타민 D의 구조를 밝혀 화학 합성을 가능하게 했다. 또한 나치 정권에 반대하며 유대인 학생을 보호하는 등 도덕적인 면모를 보였다.

2. 생애

독일 베를린 출신의 화학자로, 괴팅겐 대학교 화학 연구소 소장을 역임하며 연구에 매진하여 노벨 화학상을 수상했다. 그는 나치 정권에 공개적으로 반대하고 제1차 세계 대전 중 독가스 연구 참여를 거부하는 등 자신의 과학적, 도덕적 신념을 지킨 인물로 평가받는다.

2.1. 초기 생애 및 교육

그는 1876년 12월 25일 독일 베를린에서 포목점을 운영하는 집안에서 태어났다. 명문 프랑스어 문법 학교에 다녔으며, 그곳에서 주로 문학에 집중했다. 빈다우스는 1895년경 베를린 대학교에서 의학 공부를 시작했고, 이후 프라이부르크 대학교에서 화학을 공부했다. 의학 박사 학위를 받았다. 1915년 엘리자베스 레사우와 결혼하여 귄터, 구스타프, 마르가레테 등 세 자녀를 두었다.

2.2. 결혼과 가족

1915년 엘리자베스 레사우와 결혼하여 귄터, 구스타프, 마르가레테 등 세 자녀를 두었다.

2.3. 학문적 경력 및 수상

빈다우스는 1895년경 베를린 대학교에서 의학 공부를 시작했고, 이후 프라이부르크 대학교에서 화학을 공부했다. 의학 박사 학위를 받은 후, 그는 1915년부터 1944년까지 괴팅겐 대학교 화학 연구소의 소장으로 재직했다. 그는 평생 동안 괴테 메달, 파스퇴르 메달, 노벨 화학상 등 많은 상을 받았다. 빈다우스는 나치 정권에 협력하지 않고 공개적으로 반대했던 소수의 독일 화학자 중 한 명이었다. 그는 괴팅겐 대학교 화학 연구소 소장으로서 유대인 대학원생을 해고로부터 보호하기도 했다. 빈다우스는 과학이 호기심에 의해 동기 부여되어야 하며, 정치, 윤리, 응용에 의해 좌우되어서는 안 된다고 믿었다. 이러한 신념으로 그는 제1차 세계 대전 중 독가스 연구 참여를 거부했다.

2.4. 나치 정권에 대한 반대

빈다우스는 과학적 업적 외에도 나치에 협력하지 않고 정권에 공개적으로 반대한 몇 안 되는 독일 화학자 중 한 명이었다. 괴팅겐 대학교 화학 연구소 소장으로 재직할 당시, 그는 유대인 대학원생 중 한 명을 해고로부터 직접 나서서 보호하기도 했다. 빈다우스는 모든 사람에게는 도덕률이 있지만, 자신의 과학 연구는 순수한 호기심에서 비롯된 것이며 정치, 윤리, 또는 연구 결과의 응용에 의해 좌우되지 않는다고 믿었다. 이러한 신념에 따라 그는 제1차 세계 대전 중 독가스 연구 참여를 거부했다.

3. 연구 업적

빈다우스는 스테롤과 비타민 연구 분야에서 중요한 업적을 남겼다. 그는 콜레스테롤을 포함한 다양한 스테롤의 구조와 성질을 규명했으며, 특히 스테롤과 비타민의 관계를 밝혀낸 공로로 1928년 노벨 화학상을 수상했다.

그의 연구는 구루병 치료에 결정적인 역할을 한 비타민 D₂(에르고칼시페롤)와 비타민 D₃(콜레칼시페롤)의 발견으로 이어졌다. 빈다우스는 에르고스테롤에 자외선을 조사하여 비타민 D₂를 생성하는 과정을 밝혔으며, 이후 동물의 피부 등에서 발견된 7-디하이드로콜레스테롤에 자외선을 쬐면 비타민 D₃가 생성된다는 사실을 규명하는 데 기여했다. 그는 비타민 D₃ 관련 특허권을 메르크와 바이엘에 넘겨 1927년 의약품 비간톨 출시의 기반을 마련했다.

이 외에도 빈다우스의 연구는 담즙산, 비타민 B군, 디기탈리스 등 다른 생화학 물질 연구에도 영향을 미쳤다. 그의 콜레스테롤 구조 연구는 성 호르몬 연구의 기초가 되었고, 디기탈리스 연구는 심장 질환 치료제 개발에 기여했다.

3.1. 스테롤 연구

빈다우스는 스테롤 연구를 통해 그의 학문적 여정을 시작했으며, 특히 가장 널리 알려진 스테롤인 콜레스테롤에 주목했다. 스테롤은 고리 모양의 탄화수소 구조를 포함하는 고분자량의 질소 비함유 2차 알코올이다. 콜레스테롤은 본래 인간의 담석에서 처음 발견되었으며, 모든 고등 동물에게서 자유 알코올 형태나 지방산 에스테르 형태로 존재하는 단일 불포화 알코올이다. 빈다우스는 인체 내 콜레스테롤 수치가 변동하는 현상, 특히 임신 중에는 증가하고 질병 상태에서는 감소하는 경향에 깊은 흥미를 느꼈다.

그는 곤충, 극피동물, 해면동물 등 다양한 동물에서 발견되는 스테롤(동물성 스테롤)을 연구했다. 이들 중 다수는 콜레스테롤과 동일한 화학식을 가졌지만, 해면동물에서 발견된 스펀고스테롤은 포화 스테롤로서 다른 동물성 스테롤이나 콜레스테롤과는 차이가 있었다. 식물에서 발견되는 스테롤은 피토스테롤이라고 불리는데, 빈다우스는 가장 흔한 피토스테롤인 시토스테롤이 콜레스테롤과 동일한 화학식을 갖는다는 사실을 밝혀냈다. 또한, 이러한 불포화 시토스테롤과 함께 소량의 포화 피토스테롤도 존재하며, 시토스테롤보다 하이드록실기가 하나 더 많거나 탄소 수가 다른 알코올 유사 피토스테롤도 확인했다. 균류에서 발견되는 스테롤은 균사 스테롤로 분류되며, 에르고스테롤은 콜레스테롤의 단일 이중 결합과 달리 세 개의 이중 결합을 가진 중요한 균사 스테롤이다. 빈다우스는 연구 과정에서 박테리아에는 스테롤이 존재하지 않는다는 사실을 발견하고 이를 놀랍게 여겼다.

이러한 스테롤의 조성에 대한 연구와 더불어 스테롤과 비타민의 관계를 밝혀낸 공로로 빈다우스는 1928년 노벨 화학상을 수상했다.

3.2. 비타민 D 연구

빈다우스는 스테롤 연구를 통해 비타민 D의 구조 규명에 중요한 기여를 했다. 그의 연구는 초기에 가장 널리 알려진 스테롤인 콜레스테롤에 집중되었다. 스테롤은 동물, 식물, 균류 등 다양한 생물체에 존재하며, 빈다우스는 동물성 스테롤(예: 콜레스테롤, 스펀고스테롤), 식물성 스테롤(피토스테롤, 예: 시토스테롤), 균류 스테롤(예: 에르고스테롤) 등을 연구하여 각각의 구조와 특성을 밝혔다. 그는 특히 스테롤이 박테리아에는 존재하지 않는다는 사실에 주목했다. 스테롤의 조성과 비타민과의 연관성을 밝힌 공로로 그는 1928년 노벨 화학상을 수상했다.

빈다우스의 비타민 D 연구는 구루병 치료법 개발과 밀접한 관련이 있다. 당시 구루병은 비타민 D 결핍으로 발생하는 질환으로 알려졌고, 햇빛(자외선) 노출이 증상 개선에 도움이 된다는 사실이 관찰되었다. 초기에는 콜레스테롤이 자외선에 의해 활성화되어 비타민 D가 된다고 여겨졌으나, 빈다우스 연구팀은 고도로 정제된 콜레스테롤에 자외선을 쬐어도 항구루병 효과가 없음을 실험으로 증명했다. 이를 통해 콜레스테롤 자체보다는 함께 존재하는 다른 물질이 실제 비타민 D의 전구체라는 가설을 세웠다.

연구 결과, 균류에서 발견되는 에르고스테롤에 자외선을 조사하면 강력한 항구루병 효과를 지닌 비타민 D₂가 생성된다는 사실을 발견했다. 이는 기존 어유보다 훨씬 효과적인 구루병 치료제 개발로 이어졌다. 하지만 에르고스테롤은 동물에서는 발견되지 않아, 동물이 햇빛을 통해 비타민 D를 합성하는 과정은 여전히 규명되지 않은 상태였다. 빈다우스는 노벨상 수상 이후에도 연구를 지속하여 돼지 및 인간 피부 등에서 7-디하이드로콜레스테롤을 분리했으며, 이 물질에 자외선을 조사하면 항구루병 효과를 나타내는 비타민 D₃(콜레칼시페롤)가 생성된다는 사실을 밝혔다. 그는 이 전환 과정의 광화학 반응을 연구하여 비타민 D₃의 구조를 확립했다.

빈다우스는 비타민 D₃ 관련 특허권을 메르크와 바이엘에 넘겼고, 이들 제약회사는 1927년 비간톨(Vigantol)이라는 이름의 비타민 D 의약품을 출시했다. 그의 스테롤과 비타민 연구는 성 호르몬 연구의 기초를 마련했으며, 디기탈리스 연구는 심장 질환 치료제 개발에도 기여했다.

3.2.1. 비타민 D₂ (에르고칼시페롤) 발견

구루병은 비타민 D가 부족할 때 뼈에 문제가 생기는 질병으로, 20세기 초에는 전유나 대구 간유 같은 식품 섭취를 통해 치료하려 했다. 햇빛을 쬐면 증상이 나아진다는 이야기도 있었지만, 처음에는 자외선(UV)을 쬐면 콜레스테롤이 활성화되어 비타민 D가 된다고 잘못 생각했다. 빈다우스의 연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 실험했고, 여러 차례 정제하여 매우 순수하게 만든 콜레스테롤(디브로마이드로 전환 후 재결정화)에 자외선을 쬐어도 구루병 치료 효과가 없다는 사실을 발견했다. 이를 통해 '화학적으로 순수한' 콜레스테롤에 섞여 있던 다른 물질이 비타민 D의 진짜 전구체(비타민 D가 되기 전 단계의 물질)라는 새로운 가설을 세우게 되었다.

연구팀은 이 불순물을 분리하기 위해 노력했다. 이 물질은 디기토닌과 반응하여 침전되었고, 세 개의 이중 결합을 가진 스테로이드의 화학적 특징을 보였다. 연구팀은 자외선 흡수 분광법을 이용해 이 활성 불순물이 세 개의 특정 파장에서 빛을 흡수한다는 것을 확인했고, 이를 단서로 고진공 증류 및 숯 흡착 같은 기술을 사용하여 고농도로 정제하는 데 성공했다. 빈다우스는 A.F. 헤스(A. F. Hess), O. 로젠하임(O. Rosenheim), T.A. 웹스터(T. A. Webster)와 협력하여 여러 종류의 스테롤에 자외선을 쬐어 구루병 치료 효과를 비교했다. 그 결과, 에르고스테롤(Ergosterol, 화학식 C₂₇H₄₂)만이 253nm ~ 302nm 파장의 자외선을 쬐었을 때 비타민 D로 전환되는 유일한 전구체임을 밝혀냈다. 콜레스테롤에서 분리된 활성 분획은 에르고스테롤과 유사한 자외선 흡수 스펙트럼을 보였고, 산화에 의해 쉽게 파괴되었으며, 황산과 동일한 색깔 반응을 나타내는 등 여러 면에서 에르고스테롤과 닮아 있었다.

이렇게 에르고스테롤로부터 만들어진 비타민 D₂(칼시페롤)는 구루병 치료에 매우 효과적이어서, 기존 어유(생선 기름)보다 약 10만 배나 강력한 효과를 보였다. 빈다우스 연구팀은 비타민 D₂의 화학적 특성도 규명했는데, 이것이 에르고스테롤의 이성질체이며, 하이드록실기(-OH)와 세 개의 공액 계 이중 결합을 가지고 있다는 사실을 알아냈다. 비타민 D₂의 정확한 구조는 1936년에 최종적으로 확인되었다. 연구 과정에서 분자량 측정을 통해 중합 가능성을 배제했고, 특정 이성질화 반응 가능성도 부정했다. 또한 Zerewitinoff 방법(활성 수소 측정법)을 통해 2차 알코올이 이중 결합으로 바뀌는 반응이 일어나지 않음을 확인했고, 적정 및 수소화 반응 관찰을 통해 이중 결합의 입체 배열 변화도 일어나지 않음을 밝혔다.

하지만 에르고스테롤은 주로 균류(곰팡이나 효모)에서 발견되고 동물에서는 발견되지 않았기 때문에, 동물이 햇빛을 통해 어떻게 비타민 D를 만드는지에 대한 의문은 여전히 남아 있었다. 빈다우스는 노벨 화학상 수상 이후에도 이 문제를 계속 연구했다. 그는 돼지 피부, 그리고 나중에는 사람 피부, 전유, 동물의 간 등에서 7-디하이드로콜레스테롤(7-Dehydrocholesterol)이라는 물질을 분리하고 확인했다. 이 물질 역시 자외선을 쬐면 구루병 치료 효과를 나타냈다. 7-디하이드로콜레스테롤은 이미 콜레스테롤로부터 유도될 수 있다는 것이 알려진 화합물이었고, 자외선 조사로 새로 생성된 물질은 비타민 D₃로 명명되었다. 빈다우스는 비타민 D₃가 생성되는 광화학 반응을 연구하여 그 구조를 확립했다.

3.2.2. 비타민 D₃ (콜레칼시페롤) 발견

빈다우스는 여러 단계를 거쳐 콜레스테롤이 비타민 D₃ (콜레칼시페롤)로 전환되는 것을 발견하는 데 참여했다. 그는 자신의 특허를 메르크와 바이엘에 넘겼고, 이들은 1927년에 의약품 비간톨을 출시했다.

초기 연구에서는 구루병 치료에 효과가 있는 비타민 D가 콜레스테롤에 자외선(UV)을 쬐면 활성화되는 것으로 잘못 알려져 있었다. 그러나 빈다우스 연구팀은 고도로 정제된 순수 콜레스테롤(디브로마이드로 전환 후 재결정화)에 자외선을 쬐어도 항구루병 효과를 잃는다는 것을 실험을 통해 증명했다. 이를 통해 콜레스테롤 자체가 아니라, 정제 과정에서 함께 존재하는 다른 물질이 실제 비타민 D의 전구체라는 가설을 세우게 되었다.

이 활성 불순물은 디기토닌으로 침전시킬 수 있었고 세 개의 이중 결합을 가진 스테로이드의 특성을 보였다. 흡수 분광법, 고진공 증류, 숯 흡착 등의 방법을 통해 정제 및 농축한 결과, 에르고스테롤이 자외선(파장 253~302 nm)을 쬐면 항구루병 활성을 나타내는 비타민 D의 유일한 전구체임이 밝혀졌다. 에르고스테롤을 조사하여 생성된 비타민 D2(칼시페롤)는 구루병 치료에 어유보다 100,000배 더 효과적이었으며, 빈다우스와 그의 그룹은 그 화학적 특성(하이드록실기와 세 개의 공액 계 이중 결합 포함)을 결정할 수 있었다.

하지만 에르고스테롤은 주로 곰팡이에서 발견되고 동물 유기체에서는 발견되지 않았기 때문에, 동물이 햇빛을 통해 어떻게 비타민 D를 합성하는지에 대한 의문은 계속되었다. 빈다우스는 노벨 화학상 수상 이후에도 이 연구를 지속하여, 돼지 피부, 인간 피부, 전유, 동물 간 등에서 7-디하이드로콜레스테롤을 분리하고 확인했다.

7-디하이드로콜레스테롤은 이미 콜레스테롤로부터 유도될 수 있는 알려진 화합물이었으며, 자외선을 쬐었을 때 항구루병 활성을 나타냈다. 이 새로운 방사선 조사 생성물은 [[비타민 D3]] 또는 [[콜레칼시페롤]]로 명명되었다.

빈다우스는 7-디하이드로콜레스테롤이 비타민 D3로 전환되는 광화학 반응을 조사하여 그 구조를 확립했다.

3.3. 기타 연구 업적

빈다우스는 여러 단계를 거쳐 콜레스테롤이 비타민 D₃ (콜레칼시페롤)로 전환되는 과정을 밝히는 데 기여했다. 그는 이와 관련된 특허를 메르크와 바이엘에 넘겼고, 이들 회사는 1927년 의약품 비간톨을 출시했다.

그의 주요 연구 분야인 스테롤과 담즙산 연구 외에도 여러 중요한 업적을 남겼다. 비타민 B군과 비타민 D의 구조를 밝혀 화학적 합성을 가능하게 했으며, 이는 바이엘과 머크 같은 제약 회사들이 관련 의약품을 개발하고 제품화하는 데 크게 기여했다. 또한, 콜레스테롤 구조에 대한 그의 연구는 성 호르몬 연구의 중요한 기초를 마련했으며, 디기탈리스 연구는 심장 질환 치료를 위한 다양한 약물 개발로 이어졌다.

한편, 1942년 콜히친의 구조를 결정했다고 발표했으나, 이는 1949년에 오류로 밝혀지기도 했다.