La più piccola fabbrica della Natura: il ciclo di Calvin - Cathy Symington

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Un'abbondante tazza di cereali ci fornisce l'energia necessaria per iniziare la giornata. Ma, esattamente, come viene creata quell'energia? Tutto comincia con la fotosintesi, il processo che trasforma l'aria che respiriamo in glucosio. Cathy Symington ci spiega dettagliatamente la seconda fase della fotosintesi, cioè il ciclo di Calvin, che converte il biossido di carbonio in zucchero con una matematica intelligente di tipo mescola e combina .

Avete davanti a voi una tazza gigante

di cereali al carbonio ricchi di energia.

Un cucchiaio. Due. Tre.

In poco tempo, vi ricaricherete
di energia

grazie a questo pasto.

Ma com'è arrivata quell'energia
nella tazza?

L'energia esiste sotto forma di zuccheri

presenti nelle piante dalle quali derivano
i cereali,

come il grano o il mais.

Come potete vedere, il carbonio è
la struttura chimica portante

e le piante lo assorbono

sotto forma di diossido di carbonio,
CO2,

dall'aria che respiriamo.

Ma come fa l'impianto energetico
di una pianta,

situato all'interno dello stroma
dei cloroplasti,

a trasformare un gas carbonico,
come la CO2,

in un solido con 6 atomi di carbonio,
come il glucosio?

Se la vostra risposta è la fotosintesi,
avete ragione.

Ma la fotosintesi avviene in due fasi.

Durante la prima, l'energia del sole viene
conservata

sotto forma di adenosina trifosfato,
detta anche ATP.

Durante la seconda, detta ciclo di Calvin,
il carbonio viene catturato

e trasformato in zucchero.

Questa fase rappresenta una delle
linee di produzione più sostenibili

della natura.

Ed eccoci nella fabbrica più
piccola al mondo.

Quali sono i materiali iniziali?

Un mix di molecole di CO2 dell'aria

e molecole preassemblate chiamate

ribulosio bifosfato,
o RuBP,

ognuna contenente 5 atomi di carbonio.

Chi è l'iniziatore? Un enzima diligente
chiamato Rubisco

che unisce un atomo di carbonio dalla
molecola di CO2

con la catena RuBP

per costruire una sequenza iniziale di
6 atomi di carbonio

che rapidamente si separa
in due catene più piccole

contenenti 3 atomi di carbonio ognuna

chiamate fosfoglicerato,
o, in breve, PGA.

Si aggiungono l'ATP e un'altra sostanza
chiamata

nicotinammide adenina dinucleotide fosfato,

o semplicemente NADPH.

L'ATP, che funge da lubrificante,
rilascia energia,

mentre l'NADPH unisce un atomo di idrogeno
a ogni catena di PGA,

modificandoli in molecole chiamate

gliceraldeide 3 fosfato, o G3P.

Il glucosio ha bisogno di sei atomi
di carbonio per formarsi,

realizzati dalle due molecole di G3P,

che, per inciso,
hanno sei atomi di carbonio.

Quindi lo zucchero è pronto, giusto?

Non ancora.

Il ciclo di Calvin lavora
come una linea di produzione sostenibile,

vuol dire che le RuBP originarie,

quelle che hanno dato il via a tutto,

devono essere ricreate
riutilizzando i materiali

presenti adesso all'interno del ciclo.

Ma ogni RuBP ha bisogno di 5 atomi di carbonio

e per il glucosio ce ne vogliono 6.

C'è qualcosa che non torna.

La risposta si trova in un fatto fenomenale.

Mentre stavamo osservando
questa singola linea di produzione

altre cinque stavano lavorando
allo stesso momento.

Con sei nastri trasportatori
che si muovono all'unisono

non è solo 1 atomo di carbonio a essere saldato

alla catena di RuBP,

ma ben 6 a 6 catene,

che creano 12 catene di G3P invece di due.

Ciò significa che esistono
36 atomi di carbonio:

il numero preciso per fabbricare lo zucchero

e ricostruire le RuBP.

Delle 12 catene G3P raggruppate,

due vengono scartate per formare

quella catena di glucosio
da 6 atomi di carbonio ricca di energia.

Quella che ci ricarica a colazione.
Fenomenale!

Ma ritorniamo alla linea di produzione.

I sottoprodotti degli zuccheri

vengono assemblati per ricreare le 6 RuBP.

Ci vogliono 30 atomi di carbonio,

il numero esatto contenuto nelle rimanenti 10 G3P.

Adesso avviene un mix molecolare.

Due delle G3P vengono saldate

per formare una sequenza di 6 atomi di carbonio.

Aggiungendo una terza G3P, si ha una catena a 9 atomi di carbonio.

La prima RuBP, costituita da 5 atomi di carbonio,

viene scartata,

lasciando 4 atomi di carbonio.

Ma non c'è nessuno spreco.

Vengono saldati a una quarta molecola di G3P,

diventando una catena di 7 atomi di carbonio.

Aggiunta a una quinta molecola di G3P,

una nuova catena viene creata,

quanto basta per creare altre due RuBP.

Con tre RuBP ricreate

da cinque delle dieci catene G3P,

con la semplice duplicazione del processo

si rinnoveranno le 6 catene di RuBP

necessarie a far ripartire il ciclo.

In questo modo il ciclo di Calvin genera il numero preciso

di elementi e processi

necessari a far sì che questa catena di produzione

non abbia mai fine.

Ed è solo uno dei centinaia di cicli

presenti in natura.

Perché così tanti?

Perché se i processi di produzione biologica fossero lineari,

non sarebbero efficienti e di successo

nell'impiegare l'energia per creare i materiali

da cui dipende la natura, come lo zucchero.

I cicli creano dei circuiti di feedback

che riusano e ricostruiscono senza sosta

ingredienti creati

dalle risorse disponibili del pianeta.

Come lo zucchero,

fabbricato attraverso i raggi solari e il carbonio

convertito da fabbriche naturali

in energia che ci ricarica,

facendo sì che il ciclo giri nella nostra vita.