Nature's smallest factory: The Calvin cycle - Cathy Symington

自然における最小の工場：カルビン回路 ― キャシー・シミントン

翻訳: Tamami Inoue 校正: Tomoyuki Suzuki

You're facing a giant bowl

あなたの目の前には エネルギーたっぷりの

of energy packed Carbon Crunchies.

カーボンクランチが入った 大きな器があります

One spoonful. Two. Three.

一口 二口 三口

Soon, you're powered up by the energy surge

食事のエネルギーが 体に入ると

that comes from your meal.

あなたは すぐにパワーアップします

But how did that energy get into your bowl?

でも このエネルギーは どうやってこの器に入ったのでしょうか？

Energy exists in the form of sugars

エネルギーは糖として存在しています

made by the plant your cereal came from,

それは小麦やトウモロコシのような シリアルの原材料となる

like wheat or corn.

植物で作られます

As you can see, carbon is the chemical backbone,

ご覧のように 炭素は化学的な 基本骨格を構成しています

and plants get their fix of it

植物は炭素を

in the form of carbon dioxide, CO2,

私たちが呼吸した空気から

from the air that we all breath.

二酸化炭素の形で取り込みます

But how does a plant's energy factory,

では 葉緑体のストロマの中に入っている

housed in the stroma of the chloroplast,

エネルギー製造工場は

turn a one carbon gas, like CO2,

二酸化炭素などの 炭素を１つだけ含む気体を

into a six carbon solid, like glucose?

ブドウ糖などの炭素を６つ含む固体に 変えるのでしょうか？

If you're thinking photosynthesis, you're right.

光合成のことだと思ったあなたは 正解です

But photosynthesis is divided into two steps.

光合成には２つの段階があります

The first, which stores energy from the sun

第１段階では太陽からのエネルギーを

in the form of adenosine triphosphate, or ATP.

アデノシン三リン酸（ATP）の 形で貯えます

And the second, the Calvin cycle, that captures carbon

第２段階のカルビン回路は 炭素を取り入れて

and turns it into sugar.

糖に変える過程です

This second phase represents one of nature's

この第２段階は 自然界で最も持続可能な

most sustainable production lines.

生産ラインの１つを実現しています

And so with that, welcome to world's most miniscule factory.

というわけで 世界最小の工場へようこそ

The starting materials?

最初の材料は

A mix of CO2 molecules from the air,

空気中の二酸化炭素の分子と

and preassembled molecules called

リブロ―スビスリン酸（RuBP）という

ribulose biphosphate, or RuBP,

あらかじめ組み立てられている 炭素を５つ含む分子の

each containing five carbons.

混合物です

The initiator? An industrious enzyme named rubisco

触媒は？ RubisCOという名の働き者の酵素です

that welds one carbon atom from a CO2 molecule

この酵素は ６個の炭素結合を作る最初の過程で

with the RuBP chain

二酸化炭素に含まれる炭素を１つ

to build an initial six carbon sequence.

RuBPに結合させる役割をします

That rapidly splits into two shorter chains

そして それはすぐに 炭素を３個ずつ含む―

containing three carbons each

２つの短い鎖状の分子に分解します

and called phosphoglycerates, or PGAs, for short.

これはホスホグリセリン酸 （PGA）と呼ばれます

Enter ATP, and another chemical called

ここでATPと

nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,

ニコチンアミドジヌクレオチドリン酸 （NADPH）という

or just NADPH.

化学物質の登場です

ATP, working like a lubricant, delivers energy,

潤滑剤のように作用するATPは エネルギーを送り届け

while NADPH affixes one hydrogen to each of the PGA chains,

一方 NADPHはPGA鎖のそれぞれに 水素を１つずつ付加させて

changing them into molecules called

グリセルアルデヒド３リン酸（G3P）に

glyceraldehyde 3 phosphates, or G3Ps.

変化させます

Glucose needs six carbons to form,

ブドウ糖には６つの炭素が必要ですが

made from two molecules of G3P,

丁度良いことに G3P分子が２つあれば

which incidentally have six carbons between them.

炭素の数が６つになります

So, sugar has just been manufactured, right?

ということで 糖が作られましたね？

Not quite.

いいえ まだです

The Calvin cycle works like a sustainable production line,

カルビン回路は持続可能な 生産ラインのようなものです

meaning that those original RuBPs

つまり 反応を開始させる

that kicked things off at the start,

元からあったRuBPは

need to be recreated by reusing materials

カルビン回路で発生する物質から

within the cycle now.

再合成される必要があります

But each RuBP needs five carbons

でも RuBPには炭素が５個必要で

and manufacturing glucose takes a whole six.

ブドウ糖を作るのに６個使います

Something doesn't add up.

何かおかしいですね

The answer lies in one phenomenal fact.

その答えは驚くべき事実の中にあります

While we've been focusing on this single production line,

私たちが１つの生産ラインに 注目している一方で

five others have been happening at the same time.

他に５つの生産ラインが同時に動いています

With six conveyor belts moving in unison,

６つのベルトコンベアーが 一斉に動くので

there isn't just one carbon that gets soldered

１つのRuBPに炭素がたった１個だけ

to one RuBP chain,

結合するのではなく

but six carbons soldered to six RuBPs.

６つのRuBPに６つの炭素が 結合するのです

That creates 12 G3P chains instead of just two,

すると２個ではなく 12個のG3P鎖が作られます

meaning that all together, 36 carbons exist:

つまり合計36個の炭素が存在するのです

the precise number needed to manufacture sugar,

それは糖を合成し しかも

and rebuild those RuBPs.

RuBPを再合成するのに 必要となるピッタリの数です

Of the 12 G3Ps pooled together,

一か所に集められた12個のG3Pの内

two are siphoned off to form

２個が取り出されて

that energy rich six carbon glucose chain.

エネルギー豊富な６個の炭素からなる ブドウ糖の糖鎖を作ります

The one fueling you via your breakfast. Success!

朝食を摂ると これがあなたの 燃料になります　成功です！

But back on the manufacturing line,

ちょっと 生産ラインに戻りましょう

the byproducts of this sugar production

糖を作るときの副産物は

are swiftly assembled to recreate those six RuBPs.

先ほど述べた６個のRuBPを 再合成するために すぐに集められます

That requires 30 carbons,

それには30個の炭素が必要です

the exact number contained by the remaining 10 G3PS.

これは残りの10個のG3Pに 含まれる炭素の数とピッタリ同じです

Now a molecular mix and match occurs.

ここで分子の混合と結合が起こります

Two of the G3Ps are welded together

２つのG3Pが結合して

forming a six carbon sequence.

６つの炭素が並びます

By adding a third G3P, a nine carbon chain is built.

３つ目のG3Pが加えられ ９個の炭素からなる炭素鎖が作られます

The first RuBP, made up of five carbons,

５つの炭素からなる最初のRuBPが

is cast from this,

ここから作られ

leaving four carbons behind.

４個の炭素が残ります

But there's no wastage here.

しかし ここに無駄なものはありません

Those are soldered to a fourth G3P molecule,

これは４つ目のG3Pに結合し

making a seven carbon chain.

７個の炭素からなる鎖ができます

Added to a fifth G3P molecule,

５つ目のG3P分子を加えて

a ten carbon chain is created,

10個の炭素からなる鎖が作られます

enough now to craft two more RuBPs.

これはRuBPをもう２つ 作るのに十分な数です

With three full RuBPs recreated

10個あるG3Pの内 ５つから

from five of the ten G3Ps,

３つのRuBPが再合成されました

simply duplicating this process

このプロセスが２回繰り返されることで

will renew the six RuBP chains

カルビン回路を再開するのに必要な ６個のRuBP鎖が再生します

needed to restart the cycle again.

カルビン回路を再開するのに必要な ６個のRuBP鎖が再生します

So the Calvin cycle generates the precise number

ですから カルビン回路は ちょうど必要な数の

of elements and processes

分子とプロセスを作りだして

required to keep this biochemical production line

生化学的な生産ラインを

turning endlessly.

ずっと稼働させ続けています

And it's just one of the 100s of cycles

これは自然界に100種類も存在する―

present in nature.

回路の１つに過ぎません

Why so many?

なんで そんなに多いかって？

Because if biological production processes were linear,

なぜなら生物学的な生成反応が直線的だと

they wouldn't be nearly as efficient or successful

自然界が必要とする 糖のような物質を作るために

at using energy to manufacture the materials

直線的な反応では エネルギーをこれほど効率的に

that nature relies upon, like sugar.

もしくは上手く使うことは できないでしょう

Cycles create vital feedback loops

回路は重要なフィードバックの ループを作ります

that repeatedly reuse and rebuild ingredients

これによって材料を何度も再利用し 再合成することで

crafting as much as possible

地球上で利用できる資源から

out of the planet's available resources.

できるだけ多くのものを作ります

Such as that sugar,

糖のようなものは

built using raw sunlight and carbon

日光と炭素を原料とし 植物内部の工場で

converted in plant factories

変換されることで作られて

to become the energy that powers you

あなたに力を与えるエネルギーとなり

and keeps the cycles revolving in your own life.

しかも あなたの生命活動において 循環し続けるのです