< Return to Video

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

  • 0:07 - 0:09
    你對著滿滿一大碗的
  • 0:09 - 0:12
    活力碳素早餐脆片
  • 0:12 - 0:15
    一匙、二匙、三匙
  • 0:15 - 0:18
    很快你就會因為你吃的餐點
  • 0:18 - 0:20
    能量飆升，充滿活力
  • 0:20 - 0:23
    但是能量如何進到你的碗內？
  • 0:23 - 0:26
    能量以糖的形式存在
  • 0:26 - 0:28
    糖又從製成早餐榖片的植物而來
  • 0:28 - 0:30
    如小麥或玉米
  • 0:30 - 0:33
    如你所見，碳是化學骨架
  • 0:33 - 0:35
    而植物從我們呼吸的空氣中
  • 0:35 - 0:39
    以二氧化碳 CO2 的形式
  • 0:39 - 0:40
    取得碳
  • 0:40 - 0:43
    但位於葉綠體基質中的
  • 0:43 - 0:45
    植物能量工廠
  • 0:45 - 0:48
    如何將單碳氣體如二氧化碳
  • 0:48 - 0:52
    轉變成六碳固體如葡萄糖？
  • 0:52 - 0:55
    如果你想到光合作用，你就對了
  • 0:55 - 0:58
    但光合作用又分成兩個步驟
  • 0:58 - 1:01
    第一步，把光能
  • 1:01 - 1:05
    以三磷酸腺苷 ATP 形式儲存起來
  • 1:05 - 1:09
    第二步，卡爾文循環捕捉碳
  • 1:09 - 1:11
    並將之轉成糖
  • 1:11 - 1:13
    這第二階段代表了大自然
  • 1:13 - 1:16
    最永續的生產線
  • 1:16 - 1:20
    因此，歡迎蒞臨世界最袖珍的工廠
  • 1:20 - 1:22
    起始材料？
  • 1:22 - 1:24
    空氣中的二氧化碳分子
  • 1:24 - 1:27
    混合預先裝配好的分子
  • 1:27 - 1:30
    稱為核酮糖-1,5-二磷酸，簡稱 RuBP
  • 1:30 - 1:32
    每一個分子都含五個碳
  • 1:32 - 1:36
    催化劑？一種勤奮的酵素 rubisco
    （二磷酸核酮糖羧化酶）
  • 1:36 - 1:40
    它將二氧化碳分子中的一個碳原子
  • 1:40 - 1:42
    接到 RuBP 鏈上
  • 1:42 - 1:45
    產生最初為六碳的序列
  • 1:45 - 1:48
    然後急速地分裂成兩個較短的鏈
  • 1:48 - 1:50
    各含三個碳
  • 1:50 - 1:54
    稱為3-磷酸甘油酸
    或簡稱為 PGA
  • 1:54 - 1:58
    ATP 及另一種化合物進入，稱做
  • 1:58 - 2:02
    菸草醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽
  • 2:02 - 2:05
    或就叫 NADPH
  • 2:05 - 2:08
    ATP 的功用就像潤滑劑，輸送能量
  • 2:08 - 2:14
    而 NADPH 在每個 PGA 鏈上加一個氫
  • 2:14 - 2:15
    將 PGA 轉變成另一種稱為
  • 2:15 - 2:20
    甘油醛3-磷酸的分子，簡稱 G3P
  • 2:20 - 2:23
    形成葡萄糖需要六個碳
  • 2:23 - 2:25
    以兩個 G3P 分子製成
  • 2:25 - 2:28
    而這種結合剛好有六個碳
  • 2:28 - 2:31
    所以，糖就這麼製成了，是嗎？
  • 2:31 - 2:33
    還沒有
  • 2:33 - 2:36
    卡爾文循環就像一條永續生產線
  • 2:36 - 2:38
    也就是說那些原有的 RuBP
  • 2:38 - 2:40
    在循環開始時啟動反應的物質
  • 2:40 - 2:43
    需要以重複利用
  • 2:43 - 2:44
    此循環中的物質來再生
  • 2:44 - 2:47
    但是每一個 RuBP 都要五個碳
  • 2:47 - 2:50
    而製造葡萄糖要六個碳
  • 2:50 - 2:51
    這怎麼湊得起來呢？
  • 2:51 - 2:54
    答案就在一項驚人事實裡
  • 2:54 - 2:57
    就在我們專心在這條單向生產線時
  • 2:57 - 3:01
    另外五條生產線也同時開工
  • 3:01 - 3:04
    總共六條輸送帶聯袂作用
  • 3:04 - 3:06
    所以並不是僅加一個碳
  • 3:06 - 3:07
    到一個 RuBP 鏈上
  • 3:07 - 3:12
    而是接了六個碳到六個 RuBP 上
  • 3:12 - 3:15
    這樣就產生了 12 個 G3P 鏈
    而不是僅僅 2 個
  • 3:15 - 3:19
    意思是加起來共有 36 個碳存在
  • 3:19 - 3:21
    正是製造（一個）糖
    及重建（六個） RuBP
  • 3:21 - 3:24
    所需要的數字
  • 3:24 - 3:27
    在這匯集在一起的 12 個G3P 中
  • 3:27 - 3:29
    有兩個被抽掉用來形成
  • 3:29 - 3:32
    充滿能量的六碳葡萄糖鏈
  • 3:32 - 3:36
    透過你的早餐幫你加油。成功！
  • 3:36 - 3:38
    但回到生產線
  • 3:38 - 3:40
    這條糖生產線的副產品
  • 3:40 - 3:44
    瞬間組裝以再製六個 RuBP
  • 3:44 - 3:47
    那需要 30 個碳
  • 3:47 - 3:51
    正是餘下的 10 個 G3P 所含的數字
  • 3:51 - 3:54
    現在要開始分子混搭
  • 3:54 - 3:56
    兩個 G3P 要結合在一起
  • 3:56 - 3:59
    形成一個六碳序列
  • 3:59 - 4:03
    再加上第三個 G3P 後
    就製成了一條九碳鏈
  • 4:03 - 4:06
    由五個碳組成的第一個 RuBP
  • 4:06 - 4:08
    就從這條九碳鏈中脫離
  • 4:08 - 4:10
    留下四個碳
  • 4:10 - 4:11
    但物要盡其用
  • 4:11 - 4:14
    這四個碳要加到第四個 G3P 分子上
  • 4:14 - 4:16
    成為一條七碳鏈
  • 4:16 - 4:19
    把其加到第五個 G3P 分子上
  • 4:19 - 4:21
    一條十碳鏈就產生了
  • 4:21 - 4:24
    足夠再製作兩個 RuBP
  • 4:24 - 4:27
    十個 G3P 裡只要五個就能再製
  • 4:27 - 4:29
    三個完整的 RuBP
  • 4:29 - 4:31
    只要再重複這個製程
  • 4:31 - 4:34
    就能重生六個 RuBP 鏈
  • 4:34 - 4:37
    供給重新啟動整個循環所需
  • 4:37 - 4:39
    所以卡爾文循環生成
  • 4:39 - 4:41
    確切數量的原件和流程
  • 4:41 - 4:43
    能讓這個生化生產線
  • 4:43 - 4:45
    無休止運轉
  • 4:45 - 4:47
    而這僅是存在於自然界中
  • 4:47 - 4:49
    上百個循環之一
  • 4:49 - 4:50
    為什麼要這麼多循環？
  • 4:50 - 4:53
    因為如果生物生產流程是線性的
  • 4:53 - 4:56
    就不會這麼有效率及成功的
  • 4:56 - 4:58
    使用能量來製造
  • 4:58 - 5:01
    自然界仰賴的物質，如糖
  • 5:01 - 5:03
    各式循環產生重要的維生回饋圈
  • 5:03 - 5:07
    回饋圈儘可能
  • 5:07 - 5:09
    從地球的可用資源中精密製造
  • 5:09 - 5:11
    能不斷重覆利用及重建的材料
  • 5:11 - 5:13
    就像糖一樣
  • 5:13 - 5:15
    靠著使用原始的陽光及碳
  • 5:15 - 5:17
    將其在植物工廠內轉變
  • 5:17 - 5:19
    成為供給你動力的能量
  • 5:19 - 5:22
    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.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:38

Chinese, Traditional subtitles

Revisions Compare revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.