1961 Premio Nobel per la Chimica

• Presentazione del Premio
• Discorso di Accettazione
• Biografia Inviato da Dr. Calvin per il Comitato Nobel
• Presentazione del Premio: 1961 Premio Nobel per la Chimica

il Professor K. Myrbaumlck, membro dell’Accademia svedese delle Scienze:
Maestà, Le loro Altezze Reali, Signore e Signori.
Per crescere e svolgere le sue varie attività, ogni organismo vivente ha bisogno di un apporto di energia in qualche forma adatta. A questo proposito gli organismi esistenti su questo pianeta possono essere divisi in due gruppi fondamentalmente diversi. Tutti gli animali, incluso l’uomo, e anche alcuni organismi inferiori, richiedono una fornitura di materiale organico ricco di energia, alimenti che “contengono calorie”, per usare un’espressione popolare. L’energia contenuta negli alimenti è resa disponibile da un’ossidazione biologica (“combustione”) di carboidrati, grassi ecc. Ovviamente, questi tipi di organismi, i cosiddetti organismi eterotrofi, dipendono assolutamente dalle forniture di materiale organico, che si verificano al di fuori di se stessi.

Dott. Melvin Calvin, 26 ottobre 1961.
A differenza degli organismi eterotrofi, gli organismi appartenenti al secondo gruppo, i cosiddetti organismi autotrofi, cioè le piante verdi e alcuni batteri, non richiedono materiale organico fornito dall’esterno. Sintetizzano composti organici, principalmente carboidrati, da sostanze semplici, anidride carbonica e acqua, sostanze che di per sé non contengono calorie. L’energia necessaria per la sintesi è fornita dalla luce che viene assorbita dagli organismi e successivamente convertita da energia luminosa in energia chimica. La sequenza di reazioni con cui l’anidride carbonica e l’acqua vengono convertite in carboidrati è chiamata assimilazione dell’anidride carbonica o, tenendo conto del ruolo dell’energia luminosa, della fotosintesi.

Diventa ovvio che la fotosintesi non solo fornisce una spiegazione per l’esistenza degli organismi autotrofi, ma fornisce anche cibo per l’uomo e gli animali. In altre parole, la fotosintesi è il prerequisito assoluto per tutta la vita sulla terra e la più fondamentale di tutte le reazioni biochimiche. È stato stimato che piante e microrganismi sulla terra trasformano circa 6.000 tonnellate di carbonio da anidride carbonica a carboidrati al secondo, con almeno quattro quinti di questa quantità contribuito da organismi negli oceani.

È comprensibile che una reazione di tale importanza e tali dimensioni dovrebbe attirare l’interesse della scienza in una fase precoce. Per più di un secolo, tuttavia, i progressi nella comprensione della chimica della fotosintesi sono stati molto lenti, in parte per mancanza di metodi sperimentali adatti.

Più di cinquant’anni fa è stato riconosciuto che la fotosintesi comprendeva due fasi distinte, reazioni di luce e reazioni scure. Il premio Nobel oggi, il Dottor Melvin Calvin, ha trascorso molti anni di lavoro di ricerca sulla chimica delle due fasi della fotosintesi e, nel caso della seconda fase, vale a dire le reazioni che portano dal biossido di carbonio per l’assimilazione prodotti-per citare Calvino, “il sentiero di carbonio nella fotosintesi” – il suo lavoro ha comportato il completo chiarimento di un estremamente intricato problema.

Il successo è stato ottenuto come risultato di un lavoro intelligente, abile e persistente, in una certa misura facilitato dalla disponibilità di alcuni metodi sperimentali modello che consentono indagini che, in tempi antichi erano semplicemente impossibili. Due di questi metodi possono essere menzionati: il metodo dell’etichettatura isotopica delle molecole, introdotto da de Hevesy, e i metodi cromatografici, sviluppati da Martin e Synge, che consentono la separazione di piccole quantità di composti in miscele complicate. Con un’ingegnosa combinazione di questi e molti altri metodi, Calvin riuscì a tracciare il percorso dell’atomo di carbonio dall’anidride carbonica, assorbita dalla pianta, ai prodotti di assimilazione finiti. L ” isotopo del carbonio radioattivo, 14C, ben noto anche in altre connessioni, ha svolto un ruolo particolarmente importante nel lavoro di Calvin.

Melvin Calvin ha mostrato con alcuni degli apparecchi che ha usato per studiare il ruolo del carbonio nella fotosintesi.
La maggior parte degli esperimenti di Calvin sono stati eseguiti utilizzando una microscopica alga verde, Chlorella pyrenoidosa, ma esperimenti paralleli con piante superiori hanno dimostrato che il meccanismo di assimilazione dell’anidride carbonica è lo stesso in tutte le piante.

Una domanda che aveva occupato gli scienziati per più di un secolo, era “qual è il prodotto primario dell’assimilazione; cosa succede prima all’anidride carbonica assorbita dalla pianta?”Calvin ha dimostrato che la reazione primaria non è, come era stato ipotizzato in precedenza, una riduzione dell’anidride carbonica in quanto tale, ma una fissazione dell’anidride carbonica a una sostanza nell’accettore di anidride carbonica, che si verifica nella pianta. Calvin è stato in grado di dimostrare che il prodotto formato in questa reazione di fissazione è un composto organico noto come acido fosfoglicerico.

Questa scoperta fu di fondamentale importanza per lo sviluppo che ne seguì. Il prodotto primario dell’assimilazione è stato riconosciuto come un composto, ben noto da precedenti lavori come prodotto intermedio della degradazione biologica dei carboidrati, e non un composto precedentemente sconosciuto; l’acido fosfoglicerico era stato identificato come un prodotto di degradazione dello zucchero già nel 1929 da Ragnar Nilsson qui a Stoccolma. L’identificazione di Calvin del prodotto di assimilazione primario con acido fosfoglicerico ha portato alla conclusione molto importante che esiste una connessione intima tra la fotosintesi e il metabolismo dei carboidrati nel suo complesso.

Melvin Calvin (a sinistra) e Glenn Seaborg (a destra) in una conferenza stampa e ricevimento all’aeroporto di San Francisco per il destinatario del premio Nobel per la chimica 1986, Yuan T. Lee di LBL.
Le successive indagini di Calvino hanno tracciato il percorso tra il prodotto primario e i prodotti finali di assimilazione, i vari carboidrati. Ciò che in precedenza era stato ipotizzato essere una riduzione dell’anidride carbonica è stato dimostrato essere una riduzione dell’acido fosfoglicerico. Per una riduzione dell’acido fosfoglicerico al livello di carboidrati, la pianta deve fornire sia un agente riducente che un cosiddetto fosfato ricco di energia. È per la produzione di questi co-fattori che le piante utilizzano l’energia luminosa. Ciò significa che l’energia luminosa non è direttamente coinvolta nelle reazioni di assimilazione; l’energia luminosa è utilizzata per la rigenerazione dei co-fattori che vengono consumati nelle reazioni di assimilazione.

Come accennato in precedenza, la reazione primaria nell’assimilazione è una fissazione dell’anidride carbonica ad un accettore, la cui natura chimica è stata stabilita da Calvin. Piuttosto inaspettatamente, questo accettore è stato trovato per essere un derivato di uno zucchero, ribulosio, a cui nessuno aveva prestato molta attenzione in precedenza. Quando l’anidride carbonica viene fissata al derivato del ribulosio, si forma acido fosfoglicerico.

Poiché l’accettore viene consumato durante la reazione di fissazione, deve ovviamente essere rigenerato dai prodotti di assimilazione. Calvin ha chiarito il meccanismo molto complicato di questa rigenerazione. Tra il prodotto primario e l’accettore ci sono non meno di dieci prodotti intermedi e le reazioni tra questi prodotti sono catalizzate da undici diversi enzimi.

© the Nobel Foundation 1962

• Discorso di accettazione

Il Dr. Melvin Calvin riceve il premio Nobel alla Stockholm concert hall, 1961.
M. Calvin:
Vostre Maestà, Vostre Altezze Reali, Vostre Eccellenze, Signore e Signori.
Per esprimere a voi in semplici parole, i nostri sentimenti personali in questa occasione si deve sapere di essere impossibile, e in particolare così per uno che normalmente deve descrivere solo le cose al di fuori di sé. Avete onorato i miei colleghi, la mia famiglia e me, ma soprattutto i miei compagni di scienza. Parlo non solo di coloro con i quali ho avuto il piacere di lavorare direttamente-ma di molti altri che ci hanno preceduto e ci circondano nel nostro lavoro. Per ognuno di noi che sembra aver avuto un esperimento di successo ci sono molti a cui i propri esperimenti sembrano sterili e negativi. Ma contribuiscono con la loro forza alla struttura all’interno della quale tutti costruiamo.

Alfred Nobel, nel creare la sua fondazione e nominare i quattro organismi di assegnazione del premio, ha cercato di migliorare la comprensione internazionale. Elevando gli scienziati e quindi almeno la loro scienza, oggi il suo nome e i suoi premi sono senza pari nel mondo. Non solo eleva la scienza, ma la influenza pure.

Vostra Maestà-la vostra royal academy of science e i suoi Comitati Nobel per la fisica e la chimica e il vostro Royal Caroline Medico-Chirurgical Institute e il suo Comitato Nobel hanno fatto bene il loro lavoro negli ultimi sei decenni che le loro decisioni sono universalmente accettate e indicano le nuove frontiere della scienza per le prossime generazioni. Ha progettato bene e tu ei tuoi connazionali potrebbero essere orgogliosi della vostra costruzione.

© the Nobel Foundation 1962

• Biografia presentata dal Dr. Calvin al Comitato Nobel

Dr. Melvin Calvin, premio Nobel, professore di fisica e direttore del laboratorio di biodinamica chimica del Lawrence Berkeley Laboratory, lavora nel suo laboratorio di fotosintesi. Il Dr. Calvin ha ricevuto il premio Nobel nel 1961 per aver chiarito la chimica del processo fotosintetico.
Melvin Calvin è nato a St. Paul, Minnesota, 8 aprile 1911 di genitori emigranti russi. Ha ricevuto il B. S. laurea in chimica nel 1931 presso il Michigan College of Mining and Technology, e il Ph. D. laurea in chimica presso l’Università del Minnesota nel 1935. Ha trascorso gli anni accademici 1935-37 presso l’Università di Manchester, in Inghilterra. Ha iniziato la sua carriera accademica presso l’Università della California a Berkeley nel 1937, come istruttore, ed è stato professore ordinario dal 1947. Ha servito come direttore del gruppo di chimica bio-organica nel Lawrence Radiation Laboratory dal 1946. Questo gruppo divenne il Laboratorio di Biodinamica chimica nel 1960.

È stato il destinatario di una serie di medaglie, premi e lectureships e detiene l’appartenenza a numerose società dotte. Inoltre, è stato eletto all’Accademia Nazionale delle Scienze, all’American Philosophical Society, all’American Academy of Arts and Sciences, alla Royal Society di Londra, alla Royal Netherlands Academy of Sciences and Letters e all’Accademia tedesca degli Scienziati, Leopoldina. Detiene onorificenze D.Sc. lauree dal Michigan College of Mining and Technology, dall’Università di Nottingham, dall’Università di Oxford e dalla Northwestern University.

Dott. Calvin risiede a Berkeley, California con la moglie Genevieve Jemtegaard, figlia di genitori emigranti norvegesi, e le loro due figlie, Elin e Karole, e il loro figlio Noel.

La sua vita scientifica iniziò con una tesi sull’affinità elettronica degli alogeni fatta sotto la direzione del professor George A. Glockler all’Università del Minnesota e completata nel 1935. Il successivo periodo post-dottorato di due anni è stato trascorso con il professor Michael Polanyi presso l’Università di Manchester, momento in cui il suo interesse per la catalisi di coordinamento, in particolare metalloporfirine, è stato risvegliato. Questo interesse è ancora fondamentale e ha portato sia in teorico (La chimica dei composti chelati metallici) e pratico (composti chelato sintetico che trasportano ossigeno) applicazioni. L’indagine del comportamento elettronico, fotoelettrico e fotochimico di tali materiali occupa ora una buona frazione del suo tempo.

Venendo a Berkeley su invito del professor Gilbert N. Lewis, il suo interesse si rivolse agli aspetti teorici generali della struttura molecolare organica e del comportamento. Ci sono state due prime pubblicazioni di questo periodo. Il primo, con il professor Gilbert N. Lewis, era sul colore delle sostanze organiche, e il secondo, con il professor G. E. K. Branch, era la Teoria della chimica organica. Fu da questi uomini che derivò l’interesse fondamentale per il comportamento delle molecole organiche nei loro termini più dettagliati.

Questo interesse combinato con quello precedente sul comportamento catalitico dei composti di coordinazione sono stati i genitori naturali della sua attuale preoccupazione per il problema della fotosintesi. La pronta disponibilità del carbonio-14 iniziata nel 1945 incanalò i primi lavori verso lo sviluppo di tecniche per il suo utilizzo (Carbonio isotopico) e la sua applicazione all’esplorazione della riduzione fotosintetica dell’anidride carbonica (Il percorso del carbonio nella fotosintesi).

Sette premi Nobel LBL, posati di fronte al magnete ciclotrone da 37 pollici di Ernest Lawrence. Da sinistra a destra sono Owen Chamberlain, Edwin McMillan, Emilio Segre, Melvin Calvin, Donald Glaser, Luis Alvarez e Glenn Seaborg. 7 Marzo 1969.
Un’estensione del suo interesse da qui ai problemi generali della biologia era inevitabile, e quindi il suo laboratorio è attualmente popolato da emigranti provenienti da tutte le aree della scienza su entrambi i lati della chimica-fisica da un lato e biologia dall’altro.