Cea mai mică fabrică a naturii: Ciclul Calvin - Cathy Symington

Vezi lecția completă la: http://ed.ted.com/lessons/nature-s-smallest-factory-the-calvin-cycle-cathy-symington

Un castron de cerale îți oferă energia necesară pentru a-ți începe ziua, dar cum a ajuns acea energie în castronul tău? Totul începe cu fotosinteza, procesul care transformă aerul pe care îl respirăm în glucoza plină de energie. Cathy Symington descrie a doua fază a procesului de fotosinteză -- numită Ciclul Calvin -- care transformă atomii de carbon din dioxidul de carbon în zahăr cu ajutorul unor combinări și potriviri matematice.

Lecție de Cathy Symington, animația creată de Flaming Medusa Studios Inc.

Ești în fața unui castron mare

de cereale pline de energie.

O lingură. Două. Trei.

În curând ești plin de energie,

provenită din hrană.

Dar cum a ajuns acea energie
în castronul tău?

Energia există sub formă de zaharuri

sintetizate de planta
din care sunt făcute cerealele tale,

ca grâul sau porumbul.

După cum vezi, carbonul formează
scheletul chimic

și plantele îl obțin

din dioxidul de carbon CO2,

din aerul pe care îl respirăm.

Dar cum reușește
„fabrica de energie” a plantei

găzduită în stroma cloroplastelor,

să transforme un gaz
cu un singur atom de carbon ca CO2

într-un solid cu 6 atomi de carbon ca glucoza?

Dacă vă gândiți la fotosinteză, aveți dreptate.

Dar fotosinteza are loc în două etape.

Primul stochează energia de la soare

sub formă de adenozintrifosfat sau ATP.

Iar al doilea, ciclul Calvin, ia carbonul

și îl transformă în zahăr.

Această a doua etapă reprezintă unul din cele

mai sustenabile „linii de producție” din natură.

Și astfel, bine ați venit
în cea mai mică fabrică din lume!

Materialele prime?

Un amestec de CO2 din aer,

și molecule preasamblate

de ribuloză-bifosfat sau RuBP,

fiecare cu câte 5 carboni.

Inițiatorul? O enzimă „harnică” numită
ribuloză-bifosfat-carboxilaz/-oxigenază

care sudează un atom dintr-o moleculă din CO2

cu lanțul de ribuloză-fosfat,

pentru a construi o secvență inițială
cu șase atomi de carbon.

Aceasta se divide rapid în două secvențe scurte

fiecare cu 3 carboni,

numite fosfoglicerați sau PGA, pe scurt.

Aici intervine ATP-ul și un alt compus numit

nicotinamid-adenin-dinucleotid-fosfat,

sau doar NADPH.

ATP funcționează ca facilitator,
furnizează energie

pentru ca NADPH să adauge
un atom de H la fiecare lanț de PGA,

preschimbându-le în molecule numite

gliceraldehidă-3-fosfat sau G3P.

Glucoza are nevoie de șase carboni,

din două molecule de G3P,

care au exact șase atomi de carbon.

Așadar, zahărul a fost fabricat, nu?

Nu chiar.

Ciclul Calvin funcționează
ca o linie de producție sustenabilă,

însemnând că cele două molecule de RuBP

care au inițiat întregul proces,

trebuie refăcute, utilizând materiale

aflate deja în ciclul actual.

Dar fiecare RuBP are nevoie de 5 atomi de C,

iar glucoza are nevoie de șase atomi.

Ceva nu iese la socoteală.

Răspunsul se află într-un fapt fenomenal.

Pe când noi ne concentram
pe această singură linie de producție,

alte cinci aveau loc simultan.

Cu șase benzi funcționând la unison,

nu e doar un singur atom de C

sudat la un lanț de RuBP,

ci 6 C adăugați la 6 lanțuri de RuBP.

Asta creează 12 lanțuri de G3P în loc de două,

însemnând că împreună există 36 de atomi de carbon:

numărul exact necesar „fabricării” zahărului

și refacerii lanțurilor de RuBP.

Din cele 12 lanțuri de G3P luate împreună,

două sunt preluate pentru a forma

acel lanț bogat în energie de glucoză cu 6 C.

Acela care îți furnizează energia
prin micului tău dejun. Succes!

Dar revenind la linia de producție,

produșii rezultați din producția de zahăr

sunt asamblate rapid pentru a
forma acele șase RuBP-uri.

E nevoie de 30 de atomi de C,

numărul exact
al celor zece lanțuri rămase de G3P.

Acum va avea loc o potrivire moleculară.

Două din lanțurile de G3P sunt sudate împreună

formând o secvență de șase carboni.

Adăugând un al treilea G3P,
un lanț de 9 atomi de C este asamblat.

Primul lanț de RuBP, format din 5 atomi de C,

este format de aici,

lăsând 4 atomi de carbon în urmă.

Dar aici nu se pierde nimic.

Acestea sunt sudate
la o a patra moleculă de G3P,

creând un al șaptelea lanț de carbon.

Adăugat la o a cincea moleculă de G3P,

este creat un lanț de zece atomi de carbon

suficienți pentru a produce acum,
încă două lanțuri de RuBP.

Cu trei lanțuri de RuBP recreate,

din cinci din cele zece lanțuri de G3P,

pur și simplu duplicând procesul,

vor reînnoi cele șase lanțuri de RuBP,

necesare pentru a reîncepe procesul.

Așa reușește ciclul Calvin să genereze
numărul exact

de elemente și procese

necesare pentru a menține această
linie de producție biochimică

funcționând fără sfârșit.

Și e doar unul din cele 100 de cicluri

prezente în natură.

De ce atâtea?

Deoarece, dacă procesele biologice ar fi liniare,

nu ar fi la fel de eficiente

în a folosi energia
pentru producerea materialelor

de care natura are absolută nevoie,
cum ar fi zahărul.

Ciclurile creează bucle de feedback

care repetat reutilizează
și reconstruiește ingrediente,

folosindu-se la maxim

de resursele disponibile planetei.

Ca și acel zahăr asamblat

folosind lumina solară și atomi de carbon,

transformați în „fabricile” plantelor

pentru a deveni energia care te alimentează

și menține ciclul funcțional în propria ta viață.