피터 D. 미첼: 홀로 옳았던 사람

1961년 피터 미첼은 세포가 막을 가로질러 양성자(프로톤)를 펌프질하고 그것을 다시 막을 통해 통과시킴으로써 ATP를 만든다는 가설을 제기했다. 이 아이디어는 당시의 주류 생화학과 너무나 동떨어져 있어서 해당 분야의 대부분은 이를 단순히 거부했다. 2년 후, 제도적 반대와 건강 악화에 지친 그는 대학 직위에서 사임하고, 콘월의 폐허가 된 저택을 복원하여 그 안에 자신의 실험실을 지었다. 그로부터 17년 뒤, 노벨 화학상을 받았다.

미첨

피터 데니스 미첼은 1920년 9월 29일 서리의 미첨에서 공무원인 아버지 크리스토퍼 깁스 미첼과 어머니 케이트 베아트리스 도로시 태플린 사이에서 태어났다. 그의 삼촌은 건설 회사 조지 윈페이의 회장인 서 고드프리 미첼이었다. 이 가족적 연줄은 나중에 미첼이 아무도 자금을 대려 하지 않던 과학 연구에 자금을 지원해야 할 때 중요해질 막대한 재력과의 연결고리였다.

그는 턴턴의 퀸스 칼리지에서 교육을 받은 후 캠브리지의 지저스 칼리지에 진학하여 자연과학 트라이포스를 이수하고 생화학을 전공했다.

캠브리지와 페니실린

1942년 미첼은 캠브리지 대학교 생화학과에서 연구직을 맡았다. 그의 박사 학위는 더디게 나와 1951년에 수여되었는데, 페니실린의 작용 방식, 즉 분자가 박테리아 막에서 어떻게 작용하는가에 대한 연구였다. 막은 남은 생애 동안 그의 연구 주제로 남게 되었다.

1955년 마이클 스완 교수의 초청으로 에든버러로 가서 동물학부에 화학생물학 단위를 설립했다. 1961년에 선임강사(Senior Lecturer)로 승진했고 1962년에 부교수(Reader)가 되었다. 1963년에 그는 사직했다.

화학삼투 가설

1961년 《네이처》에 발표한 그의 아이디어는 생화학의 가장 큰 미해결 질문을 다루고 있었다. 모든 사람이 ATP가 세포의 에너지 통화라는 것을 알고 있었지만, 세포가 실제로 그것을 어떻게 만드는지는 아무도 몰랐다. 지배적인 가정은 어떤 고에너지 화학적 중간체가 음식의 산화와 ATP의 합성을 결합해야 한다는 것이었으며, 전 세계의 실험실들이 그 중간체를 찾기 위해 노력했지만 성공하지 못했다.

미첼은 그러한 중간체는 없다고 말했다. 결합은 화학적이 아니라 공간적이라는 주장이었다. 호흡은 막을 가로질러 양성자를 펌프질하여 전기화학적 기울기, 즉 한쪽과 다른쪽 사이의 농도와 전압 양쪽의 차이를 만들어낸다. 그 기울기가 저장된 에너니다. ATP는 양성자가 막의 특정 효소를 통해 그 기울기를 따라 다시 흘러내릴 때 만들어진다.

이것은 두 가지 측면에서 불쾌감을 주는 제안이었다. 용액 화학의 문제를 당시의 대 대부분의 생화학자들이 기계라기보다는 불활성 용기로 여기던 막 구조로 옮겨놓았기 때문이다. 그리고 그것은 평범한 논문 실적을 가진 남자에 의해 주로 이론적 근거를 바탕으로 제기되었다.

글린 하우스

1963년 에든버러를 떠난 미첼은 콘월 카디넘의 글린 하우스 복원 작업을 감독하는 데 2년을 보냈다. 같은 시기에 그는 오랜 공동 연구자인 제니퍼 모일과 함께 글린 리서치 유한회사(Glynn Research Ltd)를 설립하여 자신의 조건에 따라 자신의 비용으로 기초 생물학 연구를 추구했다.

기존 기관들이 그를 받아들이지 않자 연구자가 자신의 기관을 직접 지은 현대 과학의 가장 말 그대로의 사례이다. 글린에서 그는 이론을 정교화하여 1966년 《바이올로지컬 리뷰스》에 주요 연구 결과를 발표하고, 전자 전달계와 호흡 쇄 내부의 양성자 셔틀 메커니즘인 Q 사이클에 대한 이론적 연구로 나아갔.

명예 회복

회의론자들에 맞서는 증거들이 축적되었다. 엽록소를 이용한 안드레 야겐도르프의 실험은 막을 가로질러 인위적으로 부과된 pH 차이 — 양성자 기울기 외에는 아무것도 없는 상태 — 가 ATP 합성을 구동할 수 있음을 보여주었다. 이어서 미첼의 체계가 요구했던 막 효소인 ATP 합성효소가 확인되었다. 이는 되돌아오는 양성자가 ATP 생산을 유도하는 통로로 기능했다.

왕립학회는 1974년 그를 펠로우로 선출했다. 1976년 로젠스틸상이 수여되었다. 1978년 그는 "화학삼투설의 형성을 통한 생물학적 에너지 전달 이해에 대한 기여"로 공동수상자가 아닌 단독으로 노벨 화학상을 받았다. 같은 해에 한스 크레브스 메달이 수여되었고, 1981년에는 왕립학회의 코플리 메달을 받았다. 그는 1992년 4월 10일에 사망했다.

미첼이 중요한 이유

화학삼투는 이제 모든 입문 생물학 과정에서 사실로 가르쳐지며, 이것이 얼마나 급진적이었는지를 가려준다. 미첼은 미토콘드리아와 엽록소가 음식과 태양광을 사용 가능한 에너지로 변환하는 방식이라는 생명의 핵심 에너지 거래를 설명했으며, 판단 자격을 갖춘 거의 모든 사람이 그가 틀렸다고 생각할 때 올바르게 설명했다.

그 방식은 내용만큼이나 교훈적이다. 그는 보조금 시스템 외부에서 자금을 조달하고 한 명의 주요 협력자와 함께 일하며 콘월의 복원된 집 안의 사설 실험실에서 자신이 옳았음을 증명했다. 그의 경력이 보여주듯 합의란 한 분야가 현재 믿고 있는 바에 대한 묘사일 뿐, 진실이 무엇인지에 대한 척도가 아니다.