Masz przed sobą ogromną miskę
płatków śniadaniowych, pełnych energii.
Jedna łyżka. Dwie. Trzy.
Odczuwasz przypływ energii
dzięki cukrom zawartym w tym posiłku.
Ale skąd ta energia wzięła się w misce?
Energia kryje się pod postacią cukrów,
które są wytwarzane przez rośliny, z których zrobiono płatki,
jak pszenica, czy kukurydza.
Jak widać, węgiel jest ważnym składnikiem,
a rośliny dostają go
w postaci dwutlenku węgla - CO2,
z powietrza, którym oddychamy.
Jednak jak taka fabryka energii,
umieszczona w środku chloroplastu,
zamienia dwutlenek węgla
w sześciowęglowy łańcuch glukozy?
Jeżeli myślisz: fotosynteza, masz rację.
Ale fotosynteza dzieli się na dwa etapy.
Pierwszy gromadzi energię słoneczną
w postaci adenozyno-trifosforanu - ADP.
Drugi - Cykl Calvina - wiąże węgle
i zamienia je w cukry.
Drugi etap to jedna z najbardziej trwałych
linii produkcyjnych natury.
Zapraszam do najmniejszej fabryki świata.
Materiał wyjściowy?
Mieszanka cząsteczek CO2 z powietrza
oraz na wpół gotowych cząsteczek zwanych
rybulozo-bisfosforanami lub RuBP,
złożonych z pięciu atomów węgla.
Inicjator to pracowity enzym RuBisCO,
który spawa atom węgla z cząsteczki CO2
z łańcuchem RuBP,
by zbudować sześciowęglowy łańcuch,
który od razu dzieli się na dwa krótsze łańcuchy
po trzy węgle każdy,
zwane fosfoglicerynianami lub PGA.
Do tego ATP oraz związek chemiczny zwany
fosforanem dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego
lub po prostu NADPH.
ATP działa jak smar i dostarcza energii,
gdy NADPH przylepia po jednym wodorze do każdego łańcucha PGA,
zamieniając je w cząsteczki
aldehydu 3-fosfoglicerynowego, w skrócie G3P.
Glukoza składa się z sześciu węgli
pochodzących z dwóch cząsteczek G3P,
które łącznie mają 6 atomów węgla.
Więc cukier już powstał?
Nie do końca.
Cykl Calvina działa jak odnawialna linia produkcyjna,
czyli cząsteczki RuBP,
które rozpoczęły nasz proces,
muszą zostać odtworzone z materiałów
z obecnego cyklu.
Jednak każda cząsteczka RuBP potrzebuje pięć węgli,
a wytworzenie cząsteczki glukozy wymaga sześciu,
Coś tu się nie zgadza.
Odpowiedź oparta jest o ten fakt:
Gdy byliśmy skupieni na jednej linii produkcyjnej,
równocześnie pracowało pięć innych.
Z sześciu taśm produkcyjnych działających jednocześnie
nie jeden atom węgla zostaje połączony
z łańcuchem RuBP,
ale sześć do sześciu łańcuchów.
To daje nam 12 cząsteczek G3P zamiast dwóch,
czyli w sumie istnieje 36 atomów węgla.
Właśnie tyle potrzeba, żeby wytworzyć cukier
oraz by odtworzyć cząsteczki RuBP.
Z tych 12 cząsteczek G3P
dwie są wykorzystane do wytworzenia
pełnego energii łańcucha sześciu węgli.
To ten, który zasila Ciebie podczas śniadania. Sukces!
A z pozostałych węgli
na linii produkcyjnej
odtwarzanych jest sześć łańcuchów RuBP.
Na to potrzebne jest 30 węgli,
a właśnie tyle znajduje się w pozostałych 10 łańcuchach G3P.
Następuje molekularna dobieranka.
Dwa łańcuchy G3P łączą się,
tworząc łańcuch 6 węglowy.
Dodając kolejny łańcuch G3P otrzymujemy łańcuch 9 węgli.
Pierwszy łańcuch RuBP
jest odcinany od niego,
pozostawiając cztery węgle.
Jednak nie ma tu odpadków.
Są łączone z czwartą cząsteczką G3P,
tworząc łańcuch siedmiu węgli.
Przyłączamy kolejną cząsteczkę G3P,
otrzymując 10 węglowy łańcuch
wystarczający do wytworzenia dwóch cząsteczek RuBP.
Z odtworzonymi trzema cząsteczkami RuBP
z pięciu łańcuchów G3P,
powtórzenie tego procesu
odtworzy wszystkie sześć łańcuchów RuBP,
potrzebnych do powtórzenia całego cyklu.
Podsumowując: cykl Calvina produkuje
niezbędną ilość elementów i procesów
potrzebnych do podtrzymania
tej biochemicznej produkcji.
A to tylko jeden z setek cykli w naturze.
Dlaczego tak wiele?
Gdyby procesy biologiczne były liniowe
nie byłyby tak wydajne i sprawne
w używaniu energii do wytwarzania materiałów,
na których polega natura, na przykład cukrów.
Cykle tworzą sprzężenia zwrotne,
które wielokrotnie używają i odbudowują składniki,
wytwarzając jak najwięcej produktów
z zasobów rośliny.
Tak jak cukier powstaje
ze światła słonecznego i węgla
przetworzonego w roślinnych fabrykach,
tak by stały się twoją energią napędową,
i podtrzymuje cykle twojego własnego życia.