Prix Nobel de Chimie 1961

• Remise du Prix
• Discours d’acceptation
• Biographie Soumise par le Dr Calvin au Comité Nobel
• Remise du Prix: Prix Nobel de Chimie 1961

Professeur K. Myrbaumlck, membre de l’Académie Suédoise des Sciences:
Vos Majestés, Votre Royal Altesses, Mesdames et Messieurs.
Pour se développer et exercer ses diverses activités, tout organisme vivant a besoin d’un apport d’énergie sous une forme appropriée. À cet égard, les organismes existant sur cette planète peuvent être divisés en deux groupes fondamentalement différents. Tous les animaux, y compris l’homme, ainsi que certains organismes inférieurs, ont besoin d’un approvisionnement en matière organique riche en énergie, des aliments qui « contiennent des calories », pour reprendre une expression populaire. L’énergie contenue dans les aliments est rendue disponible par une oxydation biologique (« combustion ») des glucides, des graisses, etc. De toute évidence, ces types d’organismes, les organismes dits hétérotrophes, dépendent absolument des approvisionnements en matière organique, se produisant à l’extérieur d’eux-mêmes.

Dr. Melvin Calvin, 26 octobre 1961.
Contrairement aux organismes hétérotrophes, les organismes appartenant au deuxième groupe, les organismes dits autotrophes, c’est-à-dire les plantes vertes et certaines bactéries, n’ont pas besoin de matière organique fournie de l’extérieur. Ils synthétisent des composés organiques, principalement des glucides, à partir de substances simples, de dioxyde de carbone et d’eau, des substances qui en elles-mêmes ne contiennent aucune calorie. L’énergie nécessaire à la synthèse est fournie par la lumière qui est absorbée par les organismes et ensuite convertie par eux de l’énergie lumineuse en énergie chimique. La séquence de réactions par laquelle le dioxyde de carbone et l’eau sont convertis en glucides est appelée assimilation du dioxyde de carbone ou, en tenant compte du rôle de l’énergie lumineuse, photosynthèse.

Il devient évident que la photosynthèse fournit non seulement une explication à l’existence des organismes autotrophes, mais fournit également de la nourriture à l’homme et aux animaux. En d’autres termes, la photosynthèse est la condition préalable absolue à toute vie sur terre et la plus fondamentale de toutes les réactions biochimiques. On a estimé que les plantes et les microorganismes sur terre transforment environ 6 000 tonnes de carbone du dioxyde de carbone en glucides par seconde, au moins les quatre cinquièmes de cette quantité étant apportés par les organismes des océans.

Il est compréhensible qu’une réaction d’une telle importance et de telles dimensions devrait susciter l’intérêt de la science à un stade précoce. Pendant plus d’un siècle, cependant, les progrès dans la compréhension de la chimie de la photosynthèse ont été très lents, en partie faute de méthodes expérimentales appropriées.

Il y a plus de cinquante ans, il a été reconnu que la photosynthèse comprenait deux phases distinctes, les réactions claires et les réactions sombres. Le lauréat du prix Nobel aujourd’hui, le Dr Melvin Calvin, a consacré de nombreuses années de travaux de recherche sur la chimie des deux phases de la photosynthèse et, dans le cas de la deuxième phase, c’est-à–dire les réactions conduisant du dioxyde de carbone aux produits d’assimilation – pour citer Calvin, « le chemin du carbone dans la photosynthèse » – ses travaux ont abouti à la clarification complète d’un problème extrêmement complexe.

Le succès a été obtenu grâce à un travail vif d’esprit, habile et persistant, facilité dans une certaine mesure par la disponibilité de certaines méthodes expérimentales modèles permettant des enquêtes qui, dans les temps anciens, étaient tout simplement impossibles. On peut citer deux de ces méthodes : la méthode de marquage isotopique des molécules, introduite par de Hevesy, et les méthodes chromatographiques, développées par Martin et Synge, qui permettent la séparation de quantités infimes de composés dans des mélanges compliqués. Par une combinaison ingénieuse de ces méthodes et de nombreuses autres, Calvin a réussi à suivre le chemin de l’atome de carbone depuis le dioxyde de carbone, absorbé par la plante, jusqu’aux produits d’assimilation finis. L’isotope radioactif du carbone, le 14C, bien connu également dans d’autres connexions, a joué un rôle particulièrement important dans les travaux de Calvin.

Melvin Calvin a montré avec certains des appareils qu’il a utilisés pour étudier le rôle du carbone dans la photosynthèse.
La plupart des expériences de Calvin ont été réalisées à l’aide d’une algue verte microscopique, Chlorella pyrenoidosa, mais des expériences parallèles avec des plantes supérieures ont montré que le mécanisme d’assimilation du dioxyde de carbone est le même chez toutes les plantes.

Une question qui occupait les scientifiques depuis plus d’un siècle était: « quel est le produit primaire de l’assimilation; qu’arrive-t-il d’abord au dioxyde de carbone absorbé par la plante? »Calvin a démontré que la réaction primaire n’est pas, comme on l’avait supposé précédemment, une réduction du dioxyde de carbone en tant que tel, mais une fixation du dioxyde de carbone à une substance dans l’accepteur de dioxyde de carbone, se produisant dans la plante. Calvin a pu montrer que le produit formé dans cette réaction de fixation est un composé organique appelé acide phosphoglycérique.

Cette découverte a été d’une importance fondamentale pour le développement qui a suivi. Le produit primaire de l’assimilation a été reconnu comme étant un composé, bien connu des travaux antérieurs en tant que produit intermédiaire de la dégradation biologique des glucides, et non un composé inconnu auparavant; l’acide phosphoglycérique avait été identifié comme un produit de décomposition du sucre dès 1929 par Ragnar Nilsson ici à Stockholm. L’identification par Calvin du produit d’assimilation primaire avec l’acide phosphoglycérique a conduit à la conclusion très importante qu’il existe un lien intime entre la photosynthèse et le métabolisme des glucides dans son ensemble.

Melvin Calvin (à gauche) et Glenn Seaborg (à droite) lors d’une conférence de presse et d’une réception à l’aéroport de San Francisco pour le lauréat du prix Nobel de chimie 1986, Yuan T. Lee de LBL.
Les recherches ultérieures de Calvin ont tracé le chemin entre le produit primaire et les produits finaux de l’assimilation, les différents glucides. Ce qui était auparavant supposé être une réduction du dioxyde de carbone s’est avéré être une réduction de l’acide phosphoglycérique. Pour une réduction de l’acide phosphoglycérique au niveau des glucides, l’usine doit fournir à la fois un agent réducteur et un phosphate dit riche en énergie. C’est pour la production de ces co-facteurs que les plantes utilisent l’énergie lumineuse. Cela signifie que l’énergie lumineuse n’est pas directement impliquée dans les réactions d’assimilation; l’énergie lumineuse est utilisée pour la régénération des co-facteurs qui sont consommés dans les réactions d’assimilation.

Comme mentionné ci-dessus, la réaction primaire dans l’assimilation est une fixation du dioxyde de carbone à un accepteur, dont la nature chimique a été établie par Calvin. De manière assez inattendue, cet accepteur s’est avéré être un dérivé d’un sucre, le ribulose, auquel personne n’avait prêté beaucoup d’attention auparavant. Lorsque le dioxyde de carbone est fixé au dérivé de ribulose, il se forme de l’acide phosphoglycérique.

L’accepteur étant consommé lors de la réaction de fixation, il doit évidemment être régénéré à partir des produits d’assimilation. Calvin a élucidé le mécanisme très compliqué de cette régénération. Entre le produit primaire et l’accepteur, il n’y a pas moins de dix produits intermédiaires et les réactions entre ces produits sont catalysées par onze enzymes différentes.

©the Nobel Foundation 1962

•Discours d’acceptation

Le Dr Melvin Calvin recevant le prix Nobel au Stockholm concert hall, 1961.
M. Calvin:
Vos Majestés, Vos Altesses Royales, Vos Excellences, Mesdames et Messieurs.
Pour vous exprimer par de simples mots, nos sentiments personnels à cette occasion, vous devez savoir qu’ils sont impossibles, et particulièrement pour celui qui n’a normalement à décrire que des choses en dehors de lui-même. Vous avez honoré mes collègues, ma famille et moi, mais surtout mes camarades scientifiques. Je ne parle pas seulement de ceux avec qui j’ai eu le plaisir de travailler directement – mais des nombreux autres qui nous ont précédés et qui nous entourent dans notre travail. Pour chacun de nous qui semble avoir eu une expérience réussie, il y en a beaucoup à qui leurs propres expériences semblent stériles et négatives. Mais ils apportent leur force à la structure au sein de laquelle nous construisons tous.

Alfred Nobel, en créant sa fondation et en nommant les quatre organismes de remise des prix, a cherché à améliorer la compréhension internationale. En élevant au moins les scientifiques et donc leur science, son nom et ses prix sont aujourd’hui sans égal dans le monde. Non seulement il élève la science, mais il l’influence également.

Votre Majesté – votre académie royale des sciences et ses Comités Nobel de physique et de chimie ainsi que votre Institut Royal Caroline de Médecine-Chirurgie et son Comité Nobel ont bien fait leur travail au cours des six dernières décennies pour que leurs décisions soient universellement acceptées et pointent les nouvelles frontières de la science pour les générations à venir. Il a bien conçu et vous et vos compatriotes pourriez bien être fiers de votre construction.

© the Nobel Foundation 1962

•Biographie soumise par le Dr Calvin au Comité Nobel

Dr. Melvin Calvin, Lauréat du Prix Nobel, professeur de physique et Directeur du Laboratoire de Biodynamique Chimique du Laboratoire Lawrence Berkeley, travaille dans son laboratoire de photosynthèse. Le Dr Calvin a reçu le prix Nobel en 1961 pour avoir élucidé la chimie du processus photosynthétique.
Melvin Calvin est né à St. Paul, Minnesota, le 8 avril 1911 de parents émigrés russes. Il a obtenu un baccalauréat en chimie en 1931 au Michigan College of Mining and Technology et un doctorat en chimie de l’Université du Minnesota en 1935. Il a passé les années académiques 1935-37 à l’Université de Manchester, en Angleterre. Il a commencé sa carrière universitaire à l’Université de Californie à Berkeley en 1937, en tant qu’instructeur, et est professeur titulaire depuis 1947. Il est directeur du groupe de chimie bio-organique du Lawrence Radiation Laboratory depuis 1946. Ce groupe est devenu le Laboratoire de Biodynamie Chimique en 1960.

Il a reçu un certain nombre de médailles, de prix et de conférences et est membre de nombreuses sociétés savantes. En outre, il a été élu à l’Académie Nationale des Sciences, à l’American Philosophical Society, à l’Académie Américaine des Arts et des Sciences, à la Société Royale de Londres, à l’Académie Royale Néerlandaise des Sciences et des Lettres et à l’Académie Allemande des Scientifiques, Leopoldina. Il est titulaire d’un titre honorifique D.Sc . diplômes du Michigan College of Mining and Technology, de l’Université de Nottingham, de l’Université d’Oxford et de l’Université Northwestern.

Dr. Calvin réside à Berkeley, en Californie, avec son épouse l’ancienne Geneviève Jemtegaard, fille de parents émigrés norvégiens, et leurs deux filles, Elin et Karole, et leur fils Noel.

Sa vie scientifique a commencé avec une thèse sur l’affinité électronique des halogènes réalisée sous la direction du professeur George A. Glockler à l’Université du Minnesota et achevée en 1935. La période postdoctorale suivante de deux ans a été passée avec le professeur Michael Polanyi à l’Université de Manchester, période à laquelle son intérêt pour la catalyse de coordination, en particulier les métalloporphyrines, a été éveillé. Cet intérêt est toujours primordial et a abouti à des applications théoriques (Chimie des composés chélates métalliques) et pratiques (composés chélates synthétiques porteurs d’oxygène). L’étude du comportement électronique, photoélectrique et photochimique de tels matériaux occupe maintenant une bonne partie de son temps.

En venant à Berkeley à l’invitation du professeur Gilbert N. Lewis, son intérêt s’est porté sur les aspects théoriques généraux de la structure et du comportement moléculaires organiques. Il y a eu deux publications de premier plan de cette période. La première, avec le professeur Gilbert N. Lewis, était sur la Couleur des Substances Organiques, et le second, avec le professeur G.E.K. Branch, était La Théorie de la Chimie Organique. C’est de ces hommes que l’intérêt fondamental pour le comportement des molécules organiques dans leurs termes les plus détaillés a été dérivé.

Cet intérêt combiné avec le précédent sur le comportement catalytique des composés de coordination ont été les parents naturels de sa préoccupation actuelle avec le problème de la photosynthèse. La disponibilité immédiate du carbone 14 qui a commencé en 1945 a conduit les premiers travaux au développement de techniques pour son utilisation (Carbone isotopique) et son application à l’exploration de la réduction du dioxyde de carbone photosynthétique (Le chemin du carbone dans la photosynthèse).

Sept lauréats du prix Nobel LBL, posés devant l’aimant cyclotron de 37 pouces d’Ernest Lawrence. De gauche à droite sont Owen Chamberlain, Edwin McMillan, Emilio Segre, Melvin Calvin, Donald Glaser, Luis Alvarez et Glenn Seaborg. 7 mars 1969.
Une extension de son intérêt d’ici aux problèmes généraux de la biologie était inévitable, et donc son laboratoire est actuellement peuplé d’émigrants de tous les domaines de la science des deux côtés de la chimie-physique d’une part et de la biologie de l’autre.