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
|