Najmanja tvornica prirode: Calvinov ciklus - Cathy Symington

Pogledaj punu lekciju na: http://ed.ted.com/lessons/nature-s-smallest-factory-the-calvin-cycle-cathy-symington

Velika zdjela žitarica daje ti energiju kojom započinješ dan, no kako se ta energija našla u tvojoj zdjeli? Sve počinje s fotosintezom, procesom koji pretvara zrak koji dišemo u glukozu koja nam daje energiju. Cathy Symington razjasnit će efikasni drugi korak fotosinteze -- Calvinov ciklus -- u kojem se pomoću malo matematike i spajanja ugljikov dioksid pretvara u šećer.

Lekciju napravila Cathy Symington, a animacije Flaming Medusa Studios Inc.

Pred tobom je ogromna zdjela

žitarica prepunih energijom.

Jedan zalogaj. Dva. Tri.

Uskoro si pun snage

zbog energije
koja dolazi iz tvog obroka.

Kako se ta energija našla u tvojoj zdjeli?

Energija postoji u obliku šećera

kojeg rade biljke
što čine tvoje žitarice,

poput pšenice i kukuruza.

Kao što vidiš,
ugljik je kemijski temelj,

a biljke svoju dozu dobivaju

u obliku ugljikova dioksida, CO2,

iz zraka kojeg dišemo.

Kako onda tvornica energije biljke,

koja se nalazi u stromi kloroplasta,

pretvori plin s jednim atomom ugljika,
poput CO2,

u krutinu sa šest ugljikovih atoma,
poput glukoze?

Ako misliš na fotosintezu,
u pravu si.

No fotosinteza je podijeljena
u dva koraka.

Prvi, u kojem se Sunčeva energija
pohranjuje

u obliku molekule adenozin trifosfata,
ili ATP-a.

I drugi, Calvinov ciklus,
u kojem je ugljik uhvaćen

i pretvoren u šećer.

Drugi korak predstavlja jednu od

najodrživijih pokretnih traka prirode.

Time dolazimo do
najmanje tvornice na svijetu.

Početni materijali?

Kombinacija molekula CO2 iz zraka,

i prije nastalih molekula

ribuloze difosfata, ili RuBP,

od kojih svaka ima pet atoma ugljika.

Pokretač? Vrijedan enzim rubisco

koji vari atom ugljika
iz molekule CO2

s RuBP lancem

da bi izgradili primarni niz
od šest atoma ugljika.

On se brzo dijeli na dva kraća lanca,

tako da svaki ima tri atoma ugljika,

koji se zovu fosfoglicerati,
ili kraticom, PGA-i.

Sad se uključuje ATP i molekula

nikotinamid adenin dinukleotid fosfat,

ili samo NADPH.

ATP, koji djeluje kao lubrikant,
oslobađa energiju

dok NADPH dodaje atom vodika
svakom lancu PGA-a,

mijenjajući ih u molekule

gliceraldehid 3-fosfata, ili G3P-a.

Za stvaranje glukoze
potrebno je šest atoma ugljika,

napravljenih od dvije molekule G3P-a,

koji slučajno međusobno imaju
šest atoma ugljika.

Šećer je sad stvoren, zar ne?

Ne baš.

Calvinov ciklus funkcionira
kao održiva pokretna traka,

što znači da originalni RuBP-i

koji su sve započeli,

moraju biti stvoreni
ponovnim korištenjem materijala

koji su još u ciklusu.

Ali svaki RuBP treba pet atoma ugljika,

a za stvaranje glukoze
potrebno ih je šest.

Nešto nije u redu.

Odgovor leži u izvanrednoj činjenici.

Dok smo bili usredotočeni
na jednu pokretnu traku,

pet se drugih događalo
u isto vrijeme.

Sa šest pokretnih traka
koje se kreću u isto vrijeme,

ne lemi se samo jedan ugljik

na jedan RuBP lanac,

već šest ugljika na šest RuBP-a.

To stvara 12 G3P lanaca, umjesto samo 2,

što znači da sveukupno
postoji 36 atoma ugljika:

i točno ih toliko treba
za proizvodnju šećera

i ponovnu izgradnju RuBP-a.

Od 12 ujedinjenih G3P-a,

dva su odnesena da čine

lanac glukoze sa šest ugljika
bogatog energijom.

Onaj koji te pokreće preko tvog doručka.
Uspjeh!

Vratimo se pokretnoj traci,

nusprodukti proizvodnje šećera

brzo su sklopljeni tako da čine
šest RuBP-a.

Za to je potrebno 30 atoma ugljika,

a točno ih toliko i ima
u ostalih 10 G3P-a.

A sada će se molekule izmiješati i
međusobno spajati.

Dva su G3P-a zavarena

i čine niz od 6 atoma ugljika.

Dodatkom trećeg G3P-a,
stvoren je lanac s 9 ugljika.

Prvi RuBP, građen od pet ugljika,

maknut je odavde,

ostavivši četiri atoma ugljika.

No ovdje nema rasipanja.

Oni su zavareni, pa čine
četvrtu molekulu G3P-a,

tvoreći lanac sa 7 ugljika.

Dodatkom pete molekule G3P-a

nastaje lanac s 10 ugljika;

dovoljno za još dva RuBP-a.

S tri RuBP-a ponovno stvorenih

s pet od deset G3P-a,

jednostavno udvostručenje procesa

obnovit će šest lanaca RuBP-a

potrebnih za ponovno pokretanje ciklusa.

Calvinov ciklus, dakle,
stvara točan broj

elemenata i procesa

potrebnih za neprestano pokretanje

ove biokemijske pokretne trake.

A samo je jedan u stotinama ciklusa

prisutnih u prirodi.

Zašto tako puno?

Jer, da biološki procesi
proizvodnje nisu linearni,

ne bi bili ni približno učinkoviti
i uspješni

u korištenju energije
za proizvodnju materijala

o kojima priroda ovisi, poput šećera.

Ciklusi stvaraju bitne petlje

koje neprestano ponovno koriste
i izgrađuju sastojke,

stvarajući što je više moguće

iz dostupnih resursa Zemlje.

Poput onog šećera,

izgrađenog pomoću Sunčeve svjetlosti
i ugljika

pretvorenih u biljnim tvornicama

u energiju koja ti daje snagu

i održava kretnju ciklusa u tvom životu.