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自然界最小的工廠：卡爾文循環 - 凱西‧希明頓（Cathy Symington）

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    你對著滿滿一大碗的
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    活力碳素早餐脆片
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    一匙、二匙、三匙
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    很快你就會因為你吃的餐點
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    能量飆升，充滿活力
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    但是能量如何進到你的碗內？
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    能量以糖的形式存在
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    糖又從製成早餐榖片的植物而來
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    如小麥或玉米
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    如你所見，碳是化學骨架
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    而植物從我們呼吸的空氣中
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    以二氧化碳 CO2 的形式
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    取得碳
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    但位於葉綠體基質中的
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    植物能量工廠
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    如何將單碳氣體如二氧化碳
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    轉變成六碳固體如葡萄糖？
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    如果你想到光合作用，你就對了
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    但光合作用又分成兩個步驟
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    第一步，把光能
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    以三磷酸腺苷 ATP 形式儲存起來
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    第二步，卡爾文循環捕捉碳
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    並將之轉成糖
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    這第二階段代表了大自然
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    最永續的生產線
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    因此，歡迎蒞臨世界最袖珍的工廠
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    起始材料？
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    空氣中的二氧化碳分子
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    混合預先裝配好的分子
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    稱為核酮糖-1,5-二磷酸，簡稱 RuBP
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    每一個分子都含五個碳
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    催化劑？一種勤奮的酵素 rubisco
    （二磷酸核酮糖羧化酶）
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    它將二氧化碳分子中的一個碳原子
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    接到 RuBP 鏈上
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    產生最初為六碳的序列
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    然後急速地分裂成兩個較短的鏈
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    各含三個碳
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    稱為3-磷酸甘油酸
    或簡稱為 PGA
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    ATP 及另一種化合物進入，稱做
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    菸草醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽
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    或就叫 NADPH
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    ATP 的功用就像潤滑劑，輸送能量
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    而 NADPH 在每個 PGA 鏈上加一個氫
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    將 PGA 轉變成另一種稱為
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    甘油醛3-磷酸的分子，簡稱 G3P
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    形成葡萄糖需要六個碳
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    以兩個 G3P 分子製成
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    而這種結合剛好有六個碳
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    所以，糖就這麼製成了，是嗎？
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    還沒有
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    卡爾文循環就像一條永續生產線
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    也就是說那些原有的 RuBP
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    在循環開始時啟動反應的物質
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    需要以重複利用
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    此循環中的物質來再生
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    但是每一個 RuBP 都要五個碳
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    而製造葡萄糖要六個碳
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    這怎麼湊得起來呢？
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    答案就在一項驚人事實裡
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    就在我們專心在這條單向生產線時
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    另外五條生產線也同時開工
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    總共六條輸送帶聯袂作用
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    所以並不是僅加一個碳
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    到一個 RuBP 鏈上
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    而是接了六個碳到六個 RuBP 上
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    這樣就產生了 12 個 G3P 鏈
    而不是僅僅 2 個
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    意思是加起來共有 36 個碳存在
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    正是製造（一個）糖
    及重建（六個） RuBP
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    所需要的數字
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    在這匯集在一起的 12 個G3P 中
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    有兩個被抽掉用來形成
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    充滿能量的六碳葡萄糖鏈
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    透過你的早餐幫你加油。成功！
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    但回到生產線
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    這條糖生產線的副產品
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    瞬間組裝以再製六個 RuBP
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    那需要 30 個碳
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    正是餘下的 10 個 G3P 所含的數字
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    現在要開始分子混搭
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    兩個 G3P 要結合在一起
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    形成一個六碳序列
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    再加上第三個 G3P 後
    就製成了一條九碳鏈
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    由五個碳組成的第一個 RuBP
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    就從這條九碳鏈中脫離
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    留下四個碳
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    但物要盡其用
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    這四個碳要加到第四個 G3P 分子上
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    成為一條七碳鏈
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    把其加到第五個 G3P 分子上
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    一條十碳鏈就產生了
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    足夠再製作兩個 RuBP
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    十個 G3P 裡只要五個就能再製
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    三個完整的 RuBP
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    只要再重複這個製程
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    就能重生六個 RuBP 鏈
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    供給重新啟動整個循環所需
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    所以卡爾文循環生成
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    確切數量的原件和流程
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    能讓這個生化生產線
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    無休止運轉
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    而這僅是存在於自然界中
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    上百個循環之一
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    為什麼要這麼多循環？
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    因為如果生物生產流程是線性的
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    就不會這麼有效率及成功的
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    使用能量來製造
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    自然界仰賴的物質，如糖
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    各式循環產生重要的維生回饋圈
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    回饋圈儘可能
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    從地球的可用資源中精密製造
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    能不斷重覆利用及重建的材料
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    就像糖一樣
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    靠著使用原始的陽光及碳
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    將其在植物工廠內轉變
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    成為供給你動力的能量
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    並讓你生命中的各式循環繼續運轉
Title:
自然界最小的工廠：卡爾文循環 - 凱西‧希明頓（Cathy Symington）
Description:

觀看完整內容：http://ed.ted.com/lessons/nature-s-smallest-factory-the-calvin-cycle-cathy-symington

一碗營養豐富的早餐穀片給你開始一天的能量，但是能量到底如何進入你的碗中？一切都從光合作用開始，這個過程把我們呼吸的空氣轉變成充滿能量的葡萄糖。 凱西‧希明頓（Cathy Symington）詳述此高效率的光合作用第二階段反應──稱為卡爾文循環──將二氧化碳以高明的混搭數學轉變成糖。

授課：凱西‧希明頓（Cathy Symington）
動畫：Flaming Medusa Studios Inc.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:38

Chinese, Traditional subtitles

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