1961 Nobelpreis für Chemie

• Verleihung des Preises
• Dankesrede
• Biographie von Dr. Calvin an das Nobelkomitee
• Verleihung des Preises: 1961 Nobelpreis für Chemie

Professor K. Myrbaumlck, Mitglied der Schwedischen Akademie der Wissenschaften:
Ihre Majestäten, Ihre königlichen Hoheiten , Meine Damen und Herren.
Um zu wachsen und seine verschiedenen Aktivitäten auszuführen, benötigt jeder lebende Organismus eine Energieversorgung in geeigneter Form. In dieser Hinsicht können die auf diesem Planeten existierenden Organismen in zwei grundlegend verschiedene Gruppen unterteilt werden. Alle Tiere, einschließlich des Menschen, und auch einige niedere Organismen, benötigen eine Versorgung mit energiereichem organischem Material, Nahrungsmitteln, die „Kalorien enthalten“, um einen populären Ausdruck zu verwenden. Die in den Lebensmitteln enthaltene Energie wird durch eine biologische Oxidation („Verbrennung“) von Kohlenhydraten, Fetten etc. zur Verfügung gestellt. Offensichtlich sind diese Arten von Organismen, die sogenannten heterotrophen Organismen, absolut abhängig von der Versorgung mit organischem Material, das außerhalb ihrer selbst vorkommt.

Dr. Melvin Calvin, 26.Oktober 1961.Im Gegensatz zu den heterotrophen Organismen benötigen die Organismen der zweiten Gruppe, die sogenannten autotrophen Organismen, d.h. die grünen Pflanzen und bestimmte Bakterien, kein organisches Material, das von außen zugeführt wird. Sie synthetisieren organische Verbindungen, hauptsächlich Kohlenhydrate, aus einfachen Substanzen, Kohlendioxid und Wasser, Substanzen, die an sich keine Kalorien enthalten. Die für die Synthese benötigte Energie wird von Licht geliefert, das von den Organismen absorbiert und anschließend von Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Die Abfolge von Reaktionen, durch die Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate umgewandelt werden, wird als Kohlendioxidassimilation oder unter Berücksichtigung der Rolle der Lichtenergie als Photosynthese bezeichnet.

Es wird offensichtlich, dass die Photosynthese nicht nur eine Erklärung für die Existenz der autotrophen Organismen liefert, sondern auch Nahrung für Mensch und Tier liefert. Mit anderen Worten, die Photosynthese ist die absolute Voraussetzung für alles Leben auf der Erde und die grundlegendste aller biochemischen Reaktionen. Es wurde geschätzt, dass Pflanzen und Mikroorganismen auf der Erde etwa 6.000 Tonnen Kohlenstoff pro Sekunde von Kohlendioxid in Kohlenhydrate umwandeln, wobei mindestens vier Fünftel dieser Menge von Organismen in den Ozeanen beigesteuert werden.

Es ist verständlich, dass eine Reaktion von solcher Bedeutung und solchen Dimensionen das Interesse der Wissenschaft frühzeitig wecken sollte. Für mehr als ein Jahrhundert, jedoch, Fortschritte im Verständnis der Chemie der Photosynthese waren sehr langsam, teilweise aus Mangel an geeigneten experimentellen Methoden.

Vor mehr als fünfzig Jahren wurde erkannt, dass die Photosynthese zwei verschiedene Phasen umfasste, Lichtreaktionen und Dunkelreaktionen. Der heutige Nobelpreisträger, Dr. Melvin Calvin, hat viele Jahre Forschungsarbeit über die Chemie beider Phasen der Photosynthese und im Fall der zweiten Phase, dh der Reaktionen, die von Kohlendioxid zu den Assimilationsprodukten führen – um Calvin zu zitieren, „der Weg des Kohlenstoffs in der Photosynthese“ – Seine Arbeit hat zur vollständigen Klärung eines äußerst komplizierten Problems geführt.Der Erfolg wurde durch scharfsinnige, geschickte und beharrliche Arbeit erzielt, die bis zu einem gewissen Grad durch die Verfügbarkeit bestimmter modellexperimenteller Methoden erleichtert wurde, die Untersuchungen ermöglichen, die in älteren Zeiten einfach unmöglich waren. Zwei solcher Methoden sind zu nennen: die von de Hevesy eingeführte Methode der Isotopenmarkierung von Molekülen und die von Martin und Synge entwickelten chromatographischen Methoden, die die Trennung winziger Mengen von Verbindungen in komplizierten Gemischen ermöglichen. Durch eine ausgeklügelte Kombination dieser und vieler anderer Methoden gelang es Calvin, den Weg des Kohlenstoffatoms vom von der Pflanze aufgenommenen Kohlendioxid zu den fertigen Assimilationsprodukten zu verfolgen. Das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C, das auch in anderen Zusammenhängen bekannt ist, hat in Calvins Werk eine besonders wichtige Rolle gespielt.

Melvin Calvin mit einigen der Apparate, mit denen er die Rolle von Kohlenstoff in der Photosynthese untersuchte.Die meisten von Calvins Experimenten wurden mit einer mikroskopisch kleinen Grünalge, Chlorella pyrenoidosa, durchgeführt, aber parallele Experimente mit höheren Pflanzen haben gezeigt, dass der Mechanismus der Kohlendioxidassimilation in allen Pflanzen gleich ist.Eine Frage, die Wissenschaftler seit mehr als einem Jahrhundert beschäftigt hatte, war: „Was ist das Primärprodukt der Assimilation; Was passiert zuerst mit dem Kohlendioxid, das von der Pflanze aufgenommen wird?“ Calvin zeigte, dass die primäre Reaktion nicht, wie bisher angenommen, eine Reduktion von Kohlendioxid als solches ist, sondern eine Fixierung von Kohlendioxid an eine Substanz im Kohlendioxidakzeptor, die in der Pflanze auftritt. Calvin konnte zeigen, dass das bei dieser Fixierungsreaktion gebildete Produkt eine organische Verbindung ist, die als Phosphoglycerinsäure bekannt ist.

Diese Entdeckung war von grundlegender Bedeutung für die folgende Entwicklung. Das primäre Produkt der Assimilation wurde als eine Verbindung erkannt, die aus früheren Arbeiten als Zwischenprodukt des biologischen Abbaus von Kohlenhydraten bekannt ist, und nicht als eine bisher unbekannte Verbindung; Phosphoglycerinsäure wurde bereits 1929 von Ragnar Nilsson hier in Stockholm als Abbauprodukt von Zucker identifiziert. Calvins Identifizierung des primären Assimilationsprodukts mit Phosphoglycerinsäure führte zu der sehr wichtigen Schlussfolgerung, dass zwischen Photosynthese und Kohlenhydratstoffwechsel insgesamt ein enger Zusammenhang besteht.Melvin Calvin (links) und Glenn Seaborg (rechts) bei einer Pressekonferenz und einem Empfang am Flughafen von San Francisco für den Empfänger des Nobelpreises für Chemie 1986, Yuan T. Lee von LBL.Calvins anschließende Untersuchungen haben den Weg zwischen dem Primärprodukt und den Endprodukten der Assimilation, den verschiedenen Kohlenhydraten, aufgezeigt. Was früher als Reduktion von Kohlendioxid angenommen wurde, erwies sich als Reduktion von Phosphoglycerinsäure. Für eine Reduktion der Phosphoglycerinsäure auf Kohlenhydratniveau muss die Pflanze sowohl ein Reduktionsmittel als auch ein sogenanntes energiereiches Phosphat zuführen. Für die Produktion dieser Co-Faktoren nutzen Pflanzen Lichtenergie. Dies bedeutet, dass Lichtenergie nicht direkt an den Assimilationsreaktionen beteiligt ist; Lichtenergie wird zur Regeneration von Cofaktoren verwendet, die bei den Assimilationsreaktionen verbraucht werden.

Wie oben erwähnt, ist die primäre Reaktion bei der Assimilation eine Fixierung von Kohlendioxid an einen Akzeptor, dessen chemische Natur durch Calvin festgestellt wurde. Eher unerwartet stellte sich heraus, dass dieser Akzeptor ein Derivat eines Zuckers, Ribulose, ist, dem zuvor niemand viel Aufmerksamkeit geschenkt hatte. Wenn Kohlendioxid an das Ribulosederivat gebunden wird, wird Phosphoglycerinsäure gebildet.

Da der Akzeptor während der Fixierungsreaktion verbraucht wird, muss er offensichtlich aus den Assimilationsprodukten regeneriert werden. Calvin hat den sehr komplizierten Mechanismus dieser Regeneration aufgeklärt. Zwischen dem Primärprodukt und dem Akzeptor befinden sich nicht weniger als zehn Zwischenprodukte, und die Reaktionen zwischen diesen Produkten werden durch elf verschiedene Enzyme katalysiert.

© the Nobel Foundation 1962

• Dankesrede

Dr. Melvin Calvin erhält den Nobelpreis in der Stockholmer Konzerthalle, 1961.
M. Calvin:
Eure Majestäten, Eure königlichen Hoheiten, Eure Exzellenz, meine Damen und Herren.Um Ihnen in bloßen Worten unsere persönlichen Gefühle bei dieser Gelegenheit auszudrücken, müssen Sie wissen, dass es unmöglich ist, und besonders für jemanden, der normalerweise nur Dinge außerhalb seiner selbst beschreiben muss. Sie haben meine Kollegen, meine Familie und mich geehrt, aber vor allem meine Kameraden in der Wissenschaft. Ich spreche nicht nur von denen, mit denen ich das Vergnügen hatte, direkt zusammenzuarbeiten – sondern auch von den vielen anderen, die uns vorausgingen und uns in unserer Arbeit umgeben. Für jeden von uns, der ein erfolgreiches Experiment gehabt zu haben scheint, gibt es viele, denen ihre eigenen Experimente unfruchtbar und negativ erscheinen. Aber sie tragen ihre Stärke zu der Struktur bei, in der wir alle bauen.Alfred Nobel bemühte sich mit der Gründung seiner Stiftung und der Benennung der vier Preisträger um die Förderung der Völkerverständigung. Indem er Wissenschaftler und damit zumindest ihre Wissenschaft erhebt, sind sein Name und seine Preise heute weltweit einzigartig. Er erhebt nicht nur die Wissenschaft, sondern beeinflusst sie auch.Eure Majestät – eure königliche Akademie der Wissenschaften und ihre Nobelkomitees für Physik und Chemie und euer Medizinisch-Chirurgisches Institut der Royal Caroline und ihr Nobelkomitee haben ihre Arbeit in den letzten sechs Jahrzehnten so gut gemacht, dass ihre Entscheidungen allgemein akzeptiert werden und die neuen Grenzen in der Wissenschaft für die kommenden Generationen aufzeigen. Er hat gut entworfen und Sie und Ihre Landsleute können stolz auf Ihre Konstruktion sein.

© the Nobel Foundation 1962

• Biographie eingereicht von Dr. Calvin an das Nobelkomitee

Dr. Melvin Calvin, Nobelpreisträger, Professor für Physik und Direktor des Chemical Biodynamics Laboratory am Lawrence Berkeley Laboratory, arbeitet in seinem Photosyntheselabor. Dr. Calvin erhielt 1961 den Nobelpreis für die Aufklärung der Chemie des Photosyntheseprozesses.Melvin Calvin wurde am 8. April 1911 in St. Paul, Minnesota, als Sohn russischer Emigranten geboren. Er erhielt den BS-Abschluss in Chemie im Jahr 1931 am Michigan College of Mining and Technology und den Ph.D. Abschluss in Chemie von der University of Minnesota im Jahr 1935. Er verbrachte die akademischen Jahre 1935-37 an der Universität von Manchester, England. Er begann seine akademische Laufbahn 1937 an der University of California in Berkeley als Dozent und ist seit 1947 ordentlicher Professor. Seit 1946 ist er Direktor der Bioorganic Chemistry Group im Lawrence Radiation Laboratory. Diese Gruppe wurde 1960 zum Labor für Chemische Biodynamik.

Er erhielt eine Reihe von Medaillen, Auszeichnungen und Dozenturen und ist Mitglied in zahlreichen Fachgesellschaften. Darüber hinaus wurde er in die National Academy of Sciences, die American Philosophical Society, die American Academy of Arts and Sciences, die Royal Society of London, die Royal Netherlands Academy of Sciences and Letters und die Deutsche Akademie der Wissenschaften Leopoldina gewählt. Er hält Ehren D.Sc . abschlüsse vom Michigan College of Mining and Technology, der University of Nottingham, der Oxford University und der Northwestern University.

Dr. Calvin lebt in Berkeley, Kalifornien, mit seiner Frau Genevieve Jemtegaard, Tochter norwegischer Emigranteneltern, und ihren beiden Töchtern Elin und Karole sowie ihrem Sohn Noel.Sein wissenschaftliches Leben begann mit einer Dissertation über die Elektronenaffinität von Halogenen, die er unter der Leitung von Professor George A. Glockler an der University of Minnesota verfasste und 1935 abschloss. Die darauf folgende zweijährige Postdoktorandenzeit verbrachte er bei Professor Michael Polanyi an der University of Manchester, wo sein Interesse an der Koordinationskatalyse, insbesondere an Metalloporphyrinen, geweckt wurde. Dieses Interesse ist nach wie vor von größter Bedeutung und hat sowohl zu theoretischen (der Chemie von Metallchelatverbindungen) als auch zu praktischen (sauerstofftragenden synthetischen Chelatverbindungen) Anwendungen geführt. Die Untersuchung des elektronischen, photoelektrischen und photochemischen Verhaltens solcher Materialien nimmt nun einen guten Bruchteil seiner Zeit in Anspruch.Als er auf Einladung von Professor Gilbert N. Lewis nach Berkeley kam, wandte sich sein Interesse allgemeinen theoretischen Aspekten der organischen Molekülstruktur und des Verhaltens zu. Es gab zwei Hauptpublikationen dieser Zeit. Der erste, mit Professor Gilbert N. Lewis, war auf der Farbe von organischen Substanzen, und der zweite, mit Professor G.E.K. Zweig, war die Theorie der organischen Chemie. Von diesen Männern wurde das grundlegende Interesse am Verhalten organischer Moleküle in ihren detailliertesten Begriffen abgeleitet.Dieses Interesse in Verbindung mit dem früheren am katalytischen Verhalten von Koordinationsverbindungen waren die natürlichen Eltern seiner gegenwärtigen Beschäftigung mit dem Problem der Photosynthese. Die schnelle Verfügbarkeit von Kohlenstoff-14, die 1945 begann, leitete die frühen Arbeiten zur Entwicklung von Techniken für seine Verwendung (isotopischer Kohlenstoff) und seine Anwendung auf die Erforschung der photosynthetischen Kohlendioxidreduktion (Der Weg des Kohlenstoffs in der Photosynthese).Sieben LBL-Nobelpreisträger posierten vor Ernest Lawrences 37-Zoll-Zyklotronmagneten. Von links nach rechts sind Owen Chamberlain, Edwin McMillan, Emilio Segre, Melvin Calvin, Donald Glaser, Luis Alvarez und Glenn Seaborg. 7. März 1969.Eine Ausdehnung seines Interesses von hier auf die allgemeinen Probleme der Biologie war unvermeidlich, und so ist sein Labor gegenwärtig von Auswanderern aus allen Bereichen der Wissenschaft auf beiden Seiten der Chemie bevölkert – Physik auf der einen Seite und Biologie auf der anderen.