|
Сообщаем Вам, что в 2009 году этот сайт переехал на новый домен Chemistry48.RU
КАЛВИН (Calvin), Meлвин
8 апреля 1911 г. – 1997 г.
Нобелевская премия по химии, 1961 г.
Американский
химик-органик Мелвин Калвин (Кэлвин) родился в Сент-Поле (штат
Миннесота), в семье Розы И. (Хервиц) Калвин и Элиаса Калвина. Его
родители в свое время иммигрировали в США из России. Еще ребенком
Калвин проявлял большую любознательность и любовь к учебе, а к
одиннадцатому классу решил стать химиком. Семья переехала в Детройт
(штат Мичиган), где Калвин учился в местной средней школе. Учитель
физики Калвина высказывал опасение, что «его ученик никогда не станет
ученым»: очень уж он поспешно делал выводы. Но Калвин, выиграв
стипендию для обучения в Мичиганском колледже горного дела и
технологии, в 1931 г. стал бакалавром естественных наук. Четыре года
спустя за диссертацию на тему о сродстве к электрону йода и брома
Миннесотский университет присудил ему докторскую степень по химии.
Поддержка
Фонда Рокфеллера позволила Калвину после защиты докторской диссертации
проводить исследования в Англии, в Манчестерском университете под
руководством профессора физической химии Майкла Полани, отца Джона Ч.
Полани. Здесь Калвин изучал парамагнитную конверсию водорода и
каталитическую активность металлопорфиринов – сложных органических
молекул, содержащих атомы металла, производными которых являются
гемоглобин и хлорофилл. Возвратившись в 1937 г. в США, Калвин был
назначен преподавателем химии Калифорнийского университета в Беркли,
где занимался исследованием электронной природы окрашенных органических
соединений под руководством химика Гилберта Н. Льюиса.
Во
время второй мировой войны Калвин с 1941 по 1944 г. работал в
Научно-исследовательском совете национальной обороны, а в 1944 – 1945
гг. принимал участие в Манхэттенском проекте. В этот период ученый
разработал метод получения чистого кислорода из атмосферы для
применения его в промышленном производстве, например при осуществлении
сварки в тех местах, где невозможно достать кислород.
В
1945 г. Калвин вернулся в Беркли адъюнкт-профессором, а два года спустя
стал полным профессором. В 1946 г. он был назначен руководителем группы
биоорганической химии в радиационной лаборатории Лоуренса и занимал
этот пост до 1980 г. Его научные интересы лежали в области фотосинтеза
– сложного процесса, в ходе которого зеленые растения используют
энергию солнечных лучей, вырабатывая углеводы и кислород из углекислого
газа и воды. Несмотря на то что условия, необходимые для фотосинтеза, а
также его конечные продукты были известны со времени их открытия в 1772
г. Джозефом Пристли, промежуточные реакции, которые осуществляются в
ходе этого процесса, оставались неизвестными.
В
распоряжении Калвина было два новых аналитических метода. Первый
состоял в применении углерода-14, радиоактивного изотопа углерода,
который, будучи ассимилирован растениями, мог быть легко обнаружен в
органических соединениях. Калвин поместил диоксид углерода, содержащий
углерод-14, в круглый сосуд из тонкого стекла (названный леденцом из-за
его формы), который был наполнен зелеными морскими водорослями
Chlorella pirenoidosa, находящимися во взвешенном состоянии. Сосуд был
освещен, поэтому водоросли и меченые атомы диоксида углерода,
взаимодействуя, образовывали соединения, участвующие в фотосинтезе.
Для
идентификации меченых атомов Калвин применил другой метод – бумажной
хроматографии. При этом методе, разработанном Арчером Мартином и
Ричардом Сингом, разделение компонентов в смеси происходит благодаря
тому, что они по-разному перемещаются растворителями вдоль полоски
фильтровальной бумаги. Каждый компонент образует пятно на
соответствующем месте этой полоски, которое затем можно сравнить с
распределением пятен, оставленных известными химическими реагентами.
Чтобы установить пятна, содержащие меченые атомы углерода,
хроматография применяется наряду с рентгеновской пленкой, которая
темнеет в присутствии любого радиоактивного излучения. «К сожалению, на
этой бумаге, как правило, не отпечатываются названия соединений, –
вспоминал позднее Калвин, – и наша первоначальная утомительная работа в
течение 10 лет заключалась в том, чтобы тщательно метить эти
потемневшие места на пленке».
Благодаря
этой работе Калвин и его помощники установили, что диоксид углерода
сначала реагирует с дифосфатом рибулозы (соединением, молекула которого
содержит 5 атомов углерода) с образованием фосфоглицериновой кислоты,
которая в процессе серии реакций превращается в фруктозо-6-фосфат и
глюкозо-6-фосфат. Стадии превращения диоксида углерода в углеводы,
названные циклом Калвина, осуществляются в хлоропластах –
высокоорганизованных внутриклеточных органоидах растительных клеток.
Цикл Калвина, в который входят «темные» реакции фотосинтеза,
осуществляется благодаря таким высокоэнергетическим соединениям, как
аденозинтрифосфорная кислота и восстановленный
фосфат-никотин-амидаденин-динуклеотид, генерируемым в «светлых»
реакциях, в ходе которых свет поглощается молекулами хлорофилла. С
помощью радиоактивных изотопов Калвин также проследил путь кислорода в
реакциях фотосинтеза.
В 1961 г.
Калвину была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследование
усвоения двуокиси углерода растениями». Хотя Калвин получил Нобелевскую
премию по химии, его работа отличается взаимодействием научных
дисциплин в подходе к химии, биологии и физике, и он подчеркнул
важность этого аспекта в своей Нобелевской лекции: «Химическая
биодинамика, подразумевающая объединение многих научных дисциплин, еще
сыграет роль в решении этой проблемы [проблемы, объясняющей механизм
участия хлорофилла в преобразовании энергии света] так же, как в свое
время она способствовала прояснению углеродного цикла. Можно ожидать,
что она будет занимать все более значительное место в понимании
динамики развития живых организмов на молекулярном уровне».
В
1963 г. Калвин был назначен профессором молекулярной биологии
Калифорнийского университета в Беркли, а через 8 лет – профессором
химии. С 1960 по 1980 г. он работал заведующим лабораторией химической
биодинамики, где проводились научные исследования по таким темам, как
фотосинтез и превращение солнечной энергии, радиационная химия, химия
мозга, молекулярные основы знаний и происхождение жизни на Земле. С
помощью циклотрона Калвин облучал атомы диоксида углерода и водорода,
которые превращались в молекулы аминокислот и аденина; последний
является составной частью одной из нуклеиновых кислот. Обнаружив
меченые атомы органических веществ в метеоритах, он предположил
возможность существования жизни где-то еще в Солнечной системе.
Ученый
принимает участие в работе многих национальных и международных
комитетов, которые занимаются проблемами мирного использования атомной
энергии, молекулярной биопсии, политикой в области науки и национальной
политики, а также биокосмонавтикой. Он работал консультантом в
Национальном управлении по аэронавтике и использованию космического
пространства.
В 1942 г. Калвин
женился на Мари Женевьеве Жемтегаард, сотруднице патронажной
организации. У супругов две дочери и сын. Калвин – обладатель многих
почетных степеней. Он был награжден медалью Дэви Лондонского
королевского общества (1964), медалью Пристли Американского химического
общества (1978), золотой медалью Американского института химиков (1978)
и премией Оуэспера Американского химического общества (1981). Калвин
являлся членом Лондонского королевского общества, Нидерландской
академии наук, Американского философского общества, американской
Национальной академии наук и Американского химического общества
(президентом которого он был в 1971 г.).
Источник: Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
| |