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.