알렉산더 토드: DNA의 골격을 구축한 화학자

1949년, 케임브리지의 한 연구실에서 알렉산더 토드는 모든 살아있는 세포 내에서 사용 가능한 에너지를 운반하는 분자인 아데노신 삼인산(ATP)을 합성했습니다. 2년 후, 그는 당 고리의 3번과 5번 탄소 원자가 인산을 통해 결합하는 DNA의 골격 구조를 밝혀냈습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 이중 나선 구조를 발표했을 때, 토드의 화학 연구는 그 구조를 지탱하는 발판이 되었습니다. 그는 31세의 나이에 프랭클랜드 이후 영국에서 가장 젊은 화학 교수가 되었습니다.

글래스고에서의 시작

알렉산더 로버터스 토드는 1907년 10월 2일 글래스고 외곽의 캐스카트에서 글래스고 지하철 직원인 알렉산더 토드와 제인 로리의 장남으로 태어났습니다. 그는 앨런 글렌 학교를 거쳐 글래스고 대학교에서 공부했으며, 1928년에 화학 학사 학위를 받았습니다.

그 후 그는 당시 영국 화학자들로서는 드물게 해외로 떠났습니다. 프랑크푸르트 괴테 대학교에서 담즙산 화학에 관한 논문으로 1931년에 박사 학위를 받았으며, 독일 구조 유기화학의 전통을 그 근원에서 흡수했습니다. 1851년 연구 펠로우십을 받아 영국으로 돌아온 그는 1933년 옥스퍼드 대학교 오리엘 칼리지에서 두 번째 박사 학위(DPhil)를 취득했습니다. 26세에 그는 세계에서 가장 강력한 두 화학 문화권에서 이중으로 훈련을 받은 셈이 되었습니다.

빠른 승진

토드는 1934년 에든버러 대학교 교직원이 되었습니다. 1937년, 노벨상 수상자인 헨리 할렛 데일의 딸 앨리슨 사라 데일과 결혼하여 알렉산더 헨리, 헬렌 진, 힐러리 앨리슨 세 자녀를 두었습니다. 1938년 맨체스터 대학교로부터 서 새뮤얼 홀 화학 석좌교수로 임명되었습니다. 31세라는 나이는 에드워드 프랭클랜드 이후 영국 화학 석좌교수직을 맡은 최연소 기록이었습니다. 같은 해 그는 캘리포니아 공과대학교(Caltech)에서 6개월간 객원 교수로 지냈으나, 정교수직 제안을 거절했습니다. 그는 영국에서 자신의 학파를 세우려 했습니다.

1944년, 케임브리지 대학교는 그를 1702년 설립된 화학 석좌교수로 선출했으며, 그는 1971년 은퇴할 때까지 27년간 그 직을 수행했습니다. 중요한 연구는 바로 그곳에서 이루어졌습니다.

연구

토드는 가장 화려하지 않으면서도 가장 중요한 목표를 선택했습니다. 그것은 DNA와 RNA를 구성하는 개별 화학 단위이자 세포가 에너지를 이동시키는 분자인 뉴클레오타이드, 뉴클레오사이드, 그리고 뉴클레오타이드 조효소였습니다. 1940년대에는 아무도 그것들을 깨끗하게 만들 수 없었으며, 분자를 구축할 수 없다면 그것을 이해한다고 주장할 수 없었습니다.

1949년, 그의 연구팀은 아데노신 삼인산과 플라빈 아데닌 디뉴클레오타이드를 합성했습니다. ATP는 생물학의 보편적인 에너지 화폐이며, FAD는 세포 호흡의 핵심에 있는 운반체입니다. 실험실에서 두 물질을 모두 생산함으로써 그 구조가 논란의 여지 없이 확정되었고, 생화학 분야에 순수하고 정의된 재료가 공급되었습니다.

1951년에 구조적 성과가 나왔습니다. 토드의 연구팀은 화학적 방법을 통해 DNA 골격이 어떻게 연결되는지 보여주었습니다. 한 당의 3번 탄소와 다음 당의 5번 탄소가 인산 다리를 통해 연결되는 것입니다. 2년 후 왓슨과 크릭의 X선 기반 이중 나선 모델이 등장했고, 이는 그의 화학 연구에 의해 뒷받침되었습니다. 나선은 단지 형태일 뿐입니다. 토드는 그 형태를 가능하게 하는 공유 결합의 문법을 제공했습니다.

그는 연구를 계속했습니다. 1955년에는 구조적으로 가장 까다로운 비타민으로 알려진 비타민 B12의 구조를 밝히는 데 기여했습니다(최종 공식은 도로시 호지킨이 결정학을 통해 확정했습니다). 그는 비타민 B1과 비타민 E, 꽃과 과일의 색을 내는 안토시아닌 색소, 그리고 대마의 알칼로이드에 대해서도 연구했습니다. 1940년에는 칸나비디올의 수소화를 통해 H4-CBD와 H2-CBD를 제조한 최초의 인물이 되었습니다.

평가

1942년 왕립학회 펠로우로 선출되었습니다. 1954년 기사 작위를 받았으며, 같은 해 MIT의 아서 D. 리틀 객원 교수를 역임했습니다(1948년에는 노터데임 대학교의 뉴랜드 강사도 역임했습니다). 1955년 미국 국립과학아카데미, 1957년 미국 예술과학아카데미 회원이 되었습니다. 같은 해 "뉴클레오타이드 및 뉴클레오타이드 조효소에 관한 연구"로 노벨 화학상을 수상했습니다. 1965년 미국 철학 학회에도 선출되었습니다. 1977년 여왕은 그를 영국에서 가장 제한적인 영예인 메리트 훈장에 임명했습니다. 40개 이상의 대학에서 명예 학위를 받았습니다.

공적인 화학자

토드의 두 번째 경력은 조직 운영이었습니다. 1952년부터 1964년까지 전후 영국이 어떤 과학에 자금을 투입할지 결정하는 정부 과학 정책 자문 위원회 위원장을 역임했습니다. 1962년 트럼핑턴의 토드 남작으로 일대 귀족에 서임되었습니다. 1963년부터 1978년까지 케임브리지 대학교 크라이스트 칼리지 학장, 1965년부터 스트라스클라이드 대학교 초대 총장, 1975년부터 1980년까지 왕립학회 회장을 역임하며 영국 과학계의 요직을 두루 거쳤습니다. 1981년 세계문화협의회 창립 멤버가 되었으며, 1978년부터 1986년까지 햇필드 폴리테크닉에서 객원 교수로 재직하며 70세가 넘어서도 강의를 했습니다.

말년

아내 앨리슨은 1987년에 사망했습니다. 토드는 1997년 1월 10일 케임브리지에서 심장마비로 89세의 나이에 사망했습니다. 왕립화학회는 나중에 그가 근무했던 케임브리지 화학과에 블루 플라크를 설치했습니다.

토드가 중요한 이유

분자생물학의 혁명은 보통 물리학자와 결정학자의 관점에서 서술됩니다. 하지만 유전 분자를 분해하고 다시 조립할 수 있는 화학자가 없었다면 그것은 일어날 수 없었습니다. 토드는 그중 가장 위대한 인물이었습니다. 그는 ATP를 만들었고, 모든 염색체의 길이를 따라 이어지는 결합을 정의했습니다. 그리고 그 분야에 인재와 방법을 모두 공급하는 부서를 이끌었습니다. 그는 생명의 정보를 한 결합씩 구축함으로써 그 화학을 올바르게 이해했습니다.