Мелвин Кэлвин

Мелвин Кэлвин (Кальвин) родился 7 апреля 1911 г. в г. Сент-Пол (штат Миннесота, США). Здесь же он закончил Мичиганский горный технологический колледж и в 1931 г. стал бакалавром. В 1935 г. Кэлвин получил степень доктора философии Мичиганского университета, затем более года работал в Манчестерском университете (Англия) под руководством проф. М. Полани, а в 1937 г. он переехал в Лос-Анжелес (США) и начал работать в Калифорнийском университете, где в 1941 г. стал ассистентом профессора, а в 1945 г.- профессором. С 1947 г. Кэлвин-директор Лоуренсовской радиационной лаборатории и профессор химии Калифорнийского университета, в котором оставался до 1961 г. В последние годы он работает в университете в Миннесоте. В 1959 г. Кэлвин был избран иностранным членом Лондонского королевского общества.

Основные исследования Кэлвина, за которые он был удостоен Нобелевской премии 1961 г., посвящены механизму фотосинтеза-природному процессу, при котором под влиянием солнечной энергии земная растительность поглощает и превращает в органические вещества двуокись углерода. Множество достижений в этой области связано с именами нобелевских лауреатов: А. Байера, Р.Вильштеттера, Дж.Франка, Г.Фишера, О. Варбурга, П. Каррера, Р. Куна. Однако комплекс вопросов, затронутых более 100 лет назад, был неясен даже в 1940-е гг. Каким путем СО₂ и Н₂О поступают в растения, каков механизм их превращений, в результате чего образуется кислород, углеводы, белки, жиры? Новый этап в исследовании фотосинтеза начался с открытия метода меченых атомов (Г. Хевеши, 1941).

Еще в начальной стадии своих биохимических исследований Кэлвин, С. Рубен и М. Д. Камен (1941) показали, что вода функционирует как донор водорода для восстановления СО₂, и первичный фотохимический процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекулы воды, в результате которого получается кислород- Для получения чистого кислорода из воздуха Кэлвин в 1946 г. использовал комплекс кобальт-бис-салицил-альдегид-этилендиимин (салькомин), синтезированный П. Пфеффером в 1933 г. Кэлвин установил, что салькомин обладает способностью избирательно абсорбировать из воздуха кислород в количестве 4,9% от своего веса и выделять потом чистый газ при нагревании до 50-60°С. Далее, используя два новых метода-изотоп¹⁴С в качестве радиоактивной метки и хроматографию на бумаге, Кэлвин установил последовательность фотосинтетического цикла ("Цикла Кэлвина")-ассимиляции СО₂ зелеными растениями, превращения его в органические вещества и последующего восстановления. В 1956 г. Кэлвин предложил классическую схему полного пути углерода в процессе фотосинтеза, заключающуюся в следующем. Присоединяясь к рибулозодифосфату (РДФ) зеленого растения, СО₂ вступает в цикл ферментативных реакций. Образующееся нестойкое соединение С₆ распадается на два осколка С₃: 1) 3-фосфоглицериновая кислота (ФГК); 2) ФГК или триозофосфат. Во втором случае расщепление сопровождается восстановлением с помощью ни-котинамид-аденин-динуклеотидфосфата (НАДФ-Н₂). ФГК восстанавливается с помощью НАДФ-Н₂ и аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)-до фосфоглицеринового альдегида (ФГА), конденсация которого с фосфодиоксиацетоном дает фруктозу, затем сахарозу (выход из цикла). Синтез аминокислот происходит аминированием ФГК с последующим отщеплением фосфатной группы (серии), и аминированием фосфоенолпирувата, образующегося из ФГК (аланин). Полученные таким образом фосфоглицериновые кислоты и углеводы участвуют в синтезе жиров.

Кэлвин также показал, что важной и характерной особенностью механизма восстановления СО₂ является цикличность образования РДФ. Путем конденсации, изомеризации и последующего расщепления триозофосфаты вновь образуют РДФ (при участии ФГА и седогептулозы; эритроза выходит из цикла). Один оборот цикла приводит к восстановлению одной молекулы СО₂ и потреблению двух молекул НАДФ-Н₂ и трех молекул АТФ. Хотя указанный Кэлвином путь превращения СО₂  является основным для всех фотосинтезирующих растений, соотношение скоростей образования углеводов, белков и жиров зависит от ряда условий: концентрации СО₂, питания, наличия воды, спектрального состава солнечного света и т. п. Изучая влияние внешних факторов (температуры, света, величины парциального давления СО₂ и О₂) на фотосинтез, Кэлвин нашел (1955 г.), что образование РДФ обратно пропорционально образованию ФГК.

Таким образом, Кэлвин построил модель превращения световой энергии в химическую. Почти одновременно он показал, какую большую роль играет отложение фосфата пентозы не только в жизни растений, но и животных.

В последнее время интересы группы Кэлвина направлены на углубленное исследование основного механизма превращения световой энергии в химическую в зеленых растениях, а также на изучение вопросов происхождения и развития жизни на Земле, которыми он заинтересовался еще в 1950 г. В 1957 г. Кэлвин посетил Москву и участвовал в Международном симпозиуме по происхождению жизни. В 1971 г. в русском переводе вышла книга М. Кэлвина "Химическая эволюция", в которой рассмотрена молекулярная эволюция, ведущая к возникновению живых систем на Земле и других планетах.

ЛИТЕРАТУРА

1. К.Myrback. Svensk kem, tidskr., 73, 605 (1961)
2. Les Prix Nobel en 1961. Stockholm, 1962.
3. K. Egle. Umcshau, № l, 2 (1962).
4. K.Vejlby. Dansk kemi, 43, 2, (1962).
5. H. П. Воскресенская. Природа, № 3, 103 (1962)
6. Chem. Eng. News, 41,51 (1963).

B. M. ТЮТЮННИК