La plus petite usine de la nature : le cycle de Calvin - Cathy Symington

Voir la leçon complète : http://ed.ted.com/lessons/nature-s-smallest-factory-the-calvin-cycle-cathy-symington

Un bon bol de céréales vous donne l'énergie pour commencer votre journée, mais comment exactement cette énergie est-elle arrivée dans votre bol ? Tout commence avec la photosynthèse, le processus qui transforme l'air que nous respirons en glucose énergisant. Cathy Symington détaille la deuxième phase très efficace de la photosynthèse - appelée le cycle de Calvin - qui convertit le dioxyde de carbone en sucre avec un habile mélange de maths.

Leçon de Cathy Symington, animation par Flaming Medusa Studios Inc.

Vous êtes face à une bol géant

de Carbon Crunchies bourrés d'énergie.

Une cuillerée. Deux. Trois.

Vous êtes bientôt propulsé
par la flambée de l'énergie

qui vient de votre repas.

Mais comment cette énergie
est-elle arrivée dans votre bol ?

L'énergie existe sous forme de sucres

produits par la plante
d'où sont tirées vos céréales,

comme le blé ou le maïs.

Comme vous pouvez le voir,
le carbone est l'épine dorsale chimique,

et les plantes en tirent leur dose

sous la forme de dioxyde
de carbone, ou CO²,

de l'air que nous respirons tous.

Mais comment l'usine
énergétique de la plante,

logée dans le stroma du chloroplaste,

transforme-t-elle un gaz à un seul
atome de carbone, comme le CO²,

en un solide à six atomes de carbone,
comme le glucose ?

Si vous songez à la photosynthèse ,
vous avez raison.

Mais la photosynthèse
se divise en deux étapes.

La première, qui stocke
l'énergie du soleil

sous la forme
d'adénosine triphosphate ou ATP.

Et la seconde, le cycle de Calvin,
qui capture le carbone

et le transforme en sucre.

Cette deuxième phase représente
une de chaines de production

les plus durables de la nature.

Et donc, bienvenue à l'usine
la plus minuscule de monde.

Les matières premières ?

Un mélange de molécules
de CO² dans l'air,

et des molécules préassemblées

appelées ribuloses biphosphate,
ou RuBP,

qui contiennent chacune
cinq atomes de carbones.

Le déclencheur ? Une enzyme
industrieuse appelée Rubisco

qui soude un atome de carbone
issu d'une molécule de CO²

à la chaîne de RuBP

pour construire une séquence initiale
de six atomes de carbone.

Il y a rapidement scission
en deux chaînes plus courtes

contenant trois atomes
de carbone chacune,

qu'on appelle phosphoglycérates
ou PGA, pour faire court.

L'ATP entre en jeu,
et un autre élément chimique appelé

nicotinamide adénine
dinucléotide phosphate,

ou tout simplement NADPH.

L'ATP, en oeuvrant comme un lubrifiant,
fournit de l'énergie,

tandis que le NADPH appose un atome
d'hydrogène à chacune des chaînes de PGA,

et les transforme en molécules appelées

glycéraldéhyde 3 phosphates, ou G3Ps.

Le glucose a besoin de six atomes
de carbone pour se former,

fabriqués à partir
de deux molécules de G3P,

qui partagent d'ailleurs
six atomes de carbone.

Donc, le sucre vient
d'être fabriqué, non ?

Pas tout à fait.

Le cycle de Calvin fonctionne comme
une chaîne de production durable,

ce qui veut dire que ces RuBPs originaux

qui lancent le processus au départ,

doivent maintenant être recréés
par réutilisation de matériaux

dans le cycle.

Mais chaque RuBP a besoin
de cinq atomes de carbone

et la fabrication glucose
en demande six.

Quelque chose ne colle pas.

La réponse réside
dans un fait phénoménal.

Alors que nous avons mis l'accent
sur cette ligne de production unique,

cinq autres se sont produites
en même temps.

Avec six tapis roulants
qui bougent à l'unisson,

ce n'est pas un atome
de carbone qui est soudé,

à une chaîne de RuBP,

mais six atomes de carbone
soudés à six RuBPs.

Cela crée 12 chaînes de G3P
au lieu de deux seulement,

ce qui signifie qu'au total,
il y a 36 atomes de carbone :

le nombre exact nécessaire
à la fabrication du sucre,

et reconstruit ces RuBPs.

Sur les 12 G3Ps regroupés,

deux sont siphonnées pour former

cette chaîne de glucose riche
de six atomes de carbones.

Celui que vous alimente via
votre petit-déjeuner. Ça marche !

Mais sur la ligne de fabrication,

les sous-produits
de cette production de sucre

sont rapidement assemblés
pour recréer ces six RuBPs.

Cela nécessite 30 atomes de carbone,

le nombre exact contenu
par les 10 G3PS restants.

Maintenant un mélange
moléculaire se produit.

Deux des G3Ps sont soudés ensemble

et forment une séquence
de six atomes de carbone.

En ajoutant un troisième G3P, une chaîne
de 9 atomes de carbones est créée.

Le premier RuBP, composé
de cinq atomes de carbone,

est moulé à partir de ça,

laissant derrière
quatre atomes de carbone.

Mais il n'y a pas de gaspillage ici.

Ils sont soudés à
une quatrième molécule de G3P,

créant une chaîne de 7 atomes de carbone.

Ajoutée à une cinquième molécule de G3P,

une chaîne de 10 atomes
de carbone est créée,

ce qui est suffisant pour élaborer
maintenant deux autres RuBPs.

Avec trois RuBPs complets recréés

à partir de cinq des dix G3Ps,

simplement en dupliquant ce processus

seront renouvelées
les six chaînes de RuBP

nécessaires pour recommencer le cycle.

Ainsi, le cycle de Calvin
génère le nombre précis

d'éléments et de processus

nécessaires pour que cette ligne
de production biochimique

tourne à l'infini.

Et ce n'est qu'un des cent
et quelques cycles

présents dans la nature.

Pourquoi autant ?

Parce que si les processus de production
biologiques étaient linéaires,

ils ne seraient pas aussi efficaces
et ne réussiraient pas aussi bien

dans l'utilisation de l'énergie
pour la fabrication des matériaux

sur lesquels la nature repose,
comme le sucre.

Les cycles créent des boucles
de rétroaction vitales

qui réutilisent et reconstruisent
de façon répétée les ingrédients

qui élaborent autant que possible

sur les ressources disponibles
de la planète.

telles que le sucre,

créé en utilisant la lumière
du soleil brute et du carbone

transformés dans les usines des plantes

pour devenir l'énergie qui vous alimente

et maintient les cycles
qui tournent dans votre propre vie.