Bạn đang đối mặt với một bát
Carbon Crunchies thật to đầy năng lượng.
Một muỗng. Hai. Ba.
Nhanh chóng, bạn cảm thấy dồi dào năng lượng
nhờ vào bữa ăn.
Nhưng làm thế nào năng lượng lại có trong bát?
Năng lượng tồn tại dưới dạng đường
được tạo ra từ ngũ cốc
như lúa mì hay ngô.
Cacbon là xương sống của hóa học.
và cây cối lấy dạng khác
của cacbon, CO2,
từ không khí mà ta hít thở.
Làm thế nào nhà máy năng lượng của cây cối,
được đặt trong chất nền của lục lạp,
lại có thể biến đổi một khí cacbon, như CO2,
thành chuỗi sáu cacbon, như glucozo?
Nếu bạn nghĩ đến sự quang hợp, bạn đã đúng rồi đấy.
Quá trình quang hợp được chia thành 2 giai đoạn.
Thứ nhất, dự trữ năng lượng từ mặt trời
dưới dạng adenosine triphosphate, hay là ATP.
Thứ hai, chu trình Calvin, nhận carbon
và chuyển hóa thành đường.
Giai đoạn thứ hai này đại diện cho
dây truyền sản suất bền vững nhất của thiên nhiên.
Chào mừng tới nhà máy nhỏ nhất thế giới
Nguyên liệu đầu tiên?
Một lượng các phân tử CO2 trong không khí
các phân tử được liên kết lại gọi là
ribulose biphosphate, hoặc RuBP,
gồm 5 nguyên tử Cacbon
Nhân tố kích thích ? Một loại enzym có tên là RuBisCo
liên kết một nguyên tử cácbon với một phân tử CO2
bằng chuỗi RuBP
để xây dựng một chuỗi sáu carbon.
Chúng nhanh chóng chia tách thành hai chuỗi ngắn
mỗi chuỗi bao gồm 3 cacbon
gọi là phosphoglycerates, gọi tắt là PGAs.
Thêm vào ATP, và một chất hóa học gọi là
nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,
gọi tắt là NADPH.
ATP, có vai trò như chất bôi trơn, cung cấp năng lượng
trong khi NADPH thêm vào cho mỗi chuỗi PGA, một hydrogen
biến chúng thành những phân tử
glyceraldehyde 3 phosphates, hay G3Ps.
Glucose cần sáu carbon để hình thành,
từ hai phân tử G3P,
thứ mà tình cờ có sáu nguyên tử cacbon giữa chúng.
Vậy là, đường được sản xuất, phải không?
Không đúng lắm.
Chu trình Calvin hoạt động như một dây chuyền sản xuất bền vững,
nghĩa là các RuBPs gốc
thứ kích hoạt ban đầu,
cần được tái tạo từ các vật liệu tái chế
trong chu kỳ hiện nay.
Mỗi RuBP cần năm cacbon
và quá trình glucose lấy cả sáu.
Không cái gì được thêm vào cả.
Câu trả lời là một hiện tượng thực tế.
Trong khi ta tập trung vào từng dây chuyền sản xuất,
năm quá trình khác đang xảy ra cùng lúc.
Với sáu băng chuyền chuyển động cùng lúc,
không chỉ là một carbon được gắn
với một chuỗi RuBP,
mà là 6 cacbon được gắn với 6 RuBPs.
tạo ra 12 chuỗi G3P thay vì 2,
nghĩa là tổng cộng, có tất cả 36 cacbon tồn tại:
số lượng chính xác cần để sản xuất đường,
và xây dựng lại những RuBPs.
Trong số 12 G3Ps gộp lại,
hai đã được giải thoát để tạo thành
sáu chuỗi năng lượng carbon glucose đó.
Tiếp năng lượng cho bạn qua bữa sáng. Thành công!
Quay lại với dây chuyền sản xuất,
các sản phẩm phụ của sản phẩm đường này
nhanh chóng ghép lại thành 6 RuBPs
Chúng cần 30 cacbon
con số chính xác của 10 G3PS còn sót lại.
Sự kết hợp phân tử diễn ra.
Hai trong số các G3Ps được gắn lại với nhau
hình thành chuỗi sáu carbon.
Bằng cách thêm một G3P thứ ba, một chuỗi chín carbon được hình thành.
Các RuBP đầu tiên, được tạo nên từ năm nguyên tử cacbon,
được tổng hợp từ đây
để lại bốn cacbon.
Nhưng không có lãng phí nào. Chúng tổng hợp thành phân tử G3P thứ tư
tạo nên chuỗi cacbon thứ bảy.
Thêm vào phân tử G3P thứ năm,
chuỗi carbon mười được tạo ra,
đủ giờ để tạo thêm hai RuBPs nữa.
Với ba RuBPs đầy đủ được tái tạo
từ 5 trong 10 G3Ps,
chỉ cần sao chép quá trình này
sẽ làm mới chuỗi 6 RuBP
cần để bắt đầu lại chu trình.
Vì vậy, chu trình Calvin tạo ra con số chính xác
các nguyên tố và chu trình
cần thiết để giữ dây chuyền sản xuất sinh học này
tiếp tục mãi mãi.
Nó chỉ là một trong hàng trăm quy trình tồn tại trong thiên nhiên.
Tại sao lại nhiều như vậy?
Bởi vì nếu quy trình sản xuất sinh học là một chiều,
chúng sẽ gần như không hiệu quả
trong việc sử dụng năng lượng để sản xuất các chất
cốt yếu trong tự nhiên, ví dụ như đường.
Chu kỳ tạo ra các vòng phản hồi quan trọng
liên tục được tái sử dụng và tạo ra các thành phần
nhiều nhất có thể
vượt ngoài những nguồn có sẵn trên hành tinh.
Ví dụ như đường,
được tạo ra từ ánh sáng mặt trời và cacbon
được chuyển đổi trong các nhà máy cây
tạo thành năng lượng cho bạn sức mạnh
giữ cho chu kỳ này quay vòng trong cuộc sống.