< Return to Video

Самый крошечный завод в природе: цикл Кальвина — Кейти Симингтон

  • 0:07 - 0:09
    Перед вами огромная тарелка
  • 0:09 - 0:12
    заряженных энергией хлопьев.
  • 0:12 - 0:15
    Одна ложка. Две. Три.
  • 0:15 - 0:18
    Вскоре после приёма пищи
  • 0:18 - 0:20
    вы ощутите прилив сил.
  • 0:20 - 0:23
    Как же эта энергия попала в сами хлопья?
  • 0:23 - 0:26
    Энергия существует в виде сахаров,
  • 0:26 - 0:28
    создаваемых растениями,
    из которых затем делают хлопья,
  • 0:28 - 0:30
    например из пшеницы или кукурузы.
  • 0:30 - 0:33
    Углерод является основой этого процесса.
  • 0:33 - 0:35
    Растения получают углерод
  • 0:35 - 0:39
    из углекислого газа, CO2,
  • 0:39 - 0:40
    парящего в воздухе, которым мы дышим.
  • 0:40 - 0:43
    Но как энергетический завод растения,
  • 0:43 - 0:45
    расположенный в строме хлоропласта,
  • 0:45 - 0:48
    превращает CO2,
    газ с одним атомом углерода,
  • 0:48 - 0:52
    в глюкозу, твёрдое вещество
    с шестью атомами углерода?
  • 0:52 - 0:55
    Если вам вспомнился фотосинтез,
    вы на правильном пути.
  • 0:55 - 0:58
    У фотосинтеза две фазы.
  • 0:58 - 1:02
    Во время первой фазы растение
    сохраняет солнечную энергию
  • 1:02 - 1:05
    в виде аденозинтрифосфата, или АТФ.
  • 1:05 - 1:09
    Во время второй фазы, цикла Кальвина,
  • 1:09 - 1:11
    углерод превращается в сахар.
  • 1:11 - 1:13
    Вторая фаза является
    одним из самых эффективных
  • 1:13 - 1:16
    производственных циклов в природе.
  • 1:16 - 1:20
    Итак, добро пожаловать
    на мельчайший завод на свете!
  • 1:20 - 1:22
    Исходные материалы?
  • 1:22 - 1:24
    Смесь молекул CO2 из воздуха
  • 1:24 - 1:27
    и заранее подготовленных молекул
  • 1:27 - 1:30
    дифосфата рибулозы, или РуБФ,
  • 1:30 - 1:32
    каждая из которых содержит
    по пять атомов углерода.
  • 1:32 - 1:36
    Инициирующее вещество?
    Катализирующий фермент Рубиско,
  • 1:36 - 1:40
    который присоединяет атом углерода
    из молекулы углекислого газа
  • 1:40 - 1:42
    к цепи РуБФ
  • 1:42 - 1:45
    для построения первичной
    6-атомной цепочки.
  • 1:45 - 1:48
    Эта цепочка распадается
    на две короткие цепочки,
  • 1:48 - 1:50
    содержащих по три атома углерода каждая.
  • 1:50 - 1:54
    Такие цепочки называются
    фосфоглицератами, или ФГ.
  • 1:54 - 1:58
    Добавим АТФ и другое химическое вещество
  • 1:58 - 2:02
    под названием
    никотин-амида-дениндинуклеотид-фосфат,
  • 2:02 - 2:05
    или просто НАДФН.
  • 2:05 - 2:08
    АТФ выполняет роль смазки
    и обеспечивает энергию,
  • 2:08 - 2:14
    в то время как НАДФН прикрепляет
    один атом водорода к каждой из цепочек ФГ,
  • 2:14 - 2:15
    превращая их в молекулы
  • 2:15 - 2:20
    глицеральдегида-3-фосфата, или Г-3-Ф.
  • 2:20 - 2:23
    Для образования глюкозы необходимо
    шесть атомов углерода,
  • 2:23 - 2:25
    то есть две молекулы Г-3-Ф,
  • 2:25 - 2:28
    которые вкупе содержат
    шесть атомов углерода.
  • 2:28 - 2:31
    Итак, у нас получился сахар?
  • 2:31 - 2:33
    Не совсем.
  • 2:33 - 2:36
    Цикл Кальвина —
    это безотходное производство.
  • 2:36 - 2:38
    Это означает, что первичные РуБФ,
  • 2:38 - 2:40
    запустившие реакцию,
    должны быть воссозданы
  • 2:40 - 2:43
    путём повторного использования
    материалов
  • 2:43 - 2:44
    в рамках цикла.
  • 2:44 - 2:47
    Каждая молекула РуБФ содержит
    по пять атомов углерода,
  • 2:47 - 2:50
    а для производства глюкозы
    необходимо целых шесть.
  • 2:50 - 2:51
    Что-то не сходится.
  • 2:51 - 2:54
    Ответ кроется в интересном феномене.
  • 2:54 - 2:57
    Пока мы рассматривали
    одну производственную линию,
  • 2:57 - 3:01
    в клетке одновременно работало ещё пять.
  • 3:01 - 3:04
    Когда шесть конвейеров
    работают одновременно,
  • 3:04 - 3:06
    то не один атом углерода прикрепляется
  • 3:06 - 3:07
    к одной цепочке РуБФ,
  • 3:07 - 3:12
    а целых шесть атомов —
    к шести молекулам РуБФ.
  • 3:12 - 3:15
    В итоге получается
    12 цепочек Г-3-Ф вместо двух,
  • 3:15 - 3:19
    а это означает, что в сумме
    получается 36 атомов углерода —
  • 3:19 - 3:21
    ровно столько, сколько необходимо
    для производства сахара
  • 3:21 - 3:24
    и восстановления РуБФ.
  • 3:24 - 3:27
    Из 12 цепочек Г-3-Ф две отправляются
  • 3:27 - 3:30
    на создание той самой
    богатой энергией глюкозы,
  • 3:30 - 3:32
    состоящей из шести атомов углерода.
  • 3:32 - 3:36
    Той самой глюкозы, которая
    придаёт нам силы после завтрака. Успех!
  • 3:36 - 3:38
    Тем временем на производственной линии
  • 3:38 - 3:40
    отходы производства сахара
  • 3:40 - 3:44
    стремительно собираются вместе,
    чтобы воссоздать шесть молекул РуБФ.
  • 3:44 - 3:47
    Для этого требуется 30 атомов углерода —
  • 3:47 - 3:51
    ровно столько, сколько содержится
    в 10 оставшихся цепочках Г-3-Ф.
  • 3:51 - 3:54
    Снова происходит перетасовка молекул.
  • 3:54 - 3:56
    Две цепочки Г-3-Ф
    прикрепляются друг к другу,
  • 3:56 - 3:59
    образуя цепочку из шести атомов углерода.
  • 3:59 - 4:03
    С добавлением ещё одной молекулы Г-3-Ф
    образуется цепочка из девяти атомов.
  • 4:03 - 4:06
    Из неё, отбросив четыре атома,
  • 4:06 - 4:08
    появляется первая РуБФ,
  • 4:08 - 4:10
    содержащая пять атомов углерода.
  • 4:10 - 4:11
    Но ничто не пропадает зря.
  • 4:11 - 4:14
    Четыре отброшенных атома соединяются
    в четвёртую молекулу Г-3-Ф,
  • 4:14 - 4:16
    создавая цепочку из семи атомов углерода,
  • 4:16 - 4:19
    которая присоединяется
    к пятой молекуле Г-3-Ф,
  • 4:19 - 4:21
    создавая цепочку
    из десяти атомов углерода.
  • 4:21 - 4:24
    Теперь материалов хватит
    на ещё две молекулы РуБФ.
  • 4:24 - 4:27
    Таким образом, для воссоздания
    трёх полных молекул РуБФ
  • 4:27 - 4:29
    было использовано пять
    из десяти молекул Г-3-Ф.
  • 4:29 - 4:31
    Повторив этот процесс,
  • 4:31 - 4:34
    мы восстановим шесть молекул РуБФ,
  • 4:34 - 4:37
    необходимых для очередного запуска цикла.
  • 4:37 - 4:39
    Так цикл Кальвина
    генерирует точное количество
  • 4:39 - 4:41
    элементов и процессов,
  • 4:41 - 4:43
    необходимых для поддержания
    непрерывной работы
  • 4:43 - 4:45
    биохимического конвейера.
  • 4:45 - 4:47
    И это только один из сотен
  • 4:47 - 4:49
    природных циклов.
  • 4:49 - 4:50
    Зачем так много циклов?
  • 4:50 - 4:53
    Если бы биологические процессы
    были линейными,
  • 4:53 - 4:56
    то они не были бы столь же эффективными
  • 4:56 - 4:58
    в использовании энергии для создания
  • 4:58 - 5:01
    важных материалов, таких как сахар.
  • 5:01 - 5:03
    Циклы — это своего рода
    цепи обратной связи,
  • 5:03 - 5:07
    которые неоднократно перерабатывают
    и восстанавливают вещества,
  • 5:07 - 5:09
    вырабатывая как можно больше
  • 5:09 - 5:11
    из имеющихся у растений ресурсов.
  • 5:11 - 5:13
    Так, например, сахар,
    созданный внутри
  • 5:13 - 5:15
    крошечных биологических заводов
  • 5:15 - 5:17
    с участием солнечного света
    путём превращения углерода,
  • 5:17 - 5:19
    становится энергией, которая
    используется нашим телом
  • 5:19 - 5:22
    для поддержания других жизненных циклов.
Title:
Самый крошечный завод в природе: цикл Кальвина — Кейти Симингтон
Description:

Помотреть урок полностью: http://ed.ted.com/lessons/nature-s-smallest-factory-the-calvin-cycle-cathy-symington

Тарелка злаковых хлопьев на завтрак придаёт нам сил, но как же энергия попала в сами хлопья? Всё начинается с фотосинтеза — процесса, в ходе которого из воздуха вырабатывается заряженная энергией глюкоза. С помощью несложных математических выкладок Кейти Симингтон рассказывает о второй высокоэффективной фазе фотосинтеза, цикле Кальвина, в ходе которого углекислый газ превращается в сахар.

Урок — Кейт Симингтон, анимация — Flaming Medusa Studios Inc.

more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:38

Russian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.