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

번역: Tony Chong 검토: Jeong-Lan Kinser

You're facing a giant bowl

여러분은 지금 바삭거리는 탄소로 가득찬

of energy packed Carbon Crunchies.

거대한 에너지 그릇을 마주하고 있습니다.

One spoonful. Two. Three.

숟가락 가득 한번, 두번, 세번 떠 먹습니다.

Soon, you're powered up by the energy surge

곧, 여러분은 그 음식으로 부터 에너지를 받아

that comes from your meal.

생기가 충전됩니다.

But how did that energy get into your bowl?

그런데, 어떻게 그런 에너지가 여러분의 그릇에 담겨져 있을까요?

Energy exists in the form of sugars

에너지는 당의 형태로 존재합니다.

made by the plant your cereal came from,

밀이나 옥수수 같은 여러분이 먹는 시리얼의 원천인 곡물들에

like wheat or corn.

의해 만들어지죠.

As you can see, carbon is the chemical backbone,

아시다시피 탄소는 화학물질의 기본을 이룹니다.

and plants get their fix of it

그리고 식물들은 우리 모두 호흡하는 공기에 존재하는

in the form of carbon dioxide, CO2,

이산화탄소, 즉 CO2의 형태로 탄소를

from the air that we all breath.

받아들이게 됩니다.

But how does a plant's energy factory,

그러나 엽록체 기질내에 들어있는

housed in the stroma of the chloroplast,

식물의 에너지 공장이 어떻게 기체 상태의 탄소를,

turn a one carbon gas, like CO2,

즉 이산화탄소같은 하나의 기체 단위를

into a six carbon solid, like glucose?

여섯개의 탄소 고체 단위로 이루어진 포도당과 같은 물질로 바꿀 수 있을까요?

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

광합성을 생각하신다면, 정답입니다.

But photosynthesis is divided into two steps.

하지만, 광합성은 두가지의 단계로 나누어집니다.

The first, which stores energy from the sun

첫째로, 태양으로부터 에너지를 아데노신3인산, 또는 ATP의

in the form of adenosine triphosphate, or ATP.

형태로 저장하는 단계와,

And the second, the Calvin cycle, that captures carbon

둘째로, 탄소를 흡수해서 당으로 바꾸는

and turns it into sugar.

캘빈회로의 단계가 있습니다.

This second phase represents one of nature's

이 두번째 단계가 자연에서 가장 오랫동안 지속되어온

most sustainable production lines.

생산공정입니다.

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

자 그럼 그 두번째 단계와 함께, 세상에서 가장 작은 공장으로 견학을 가 보도록 하겠습니다.

The starting materials?

생산재료가 뭘까요?

A mix of CO2 molecules from the air,

공기중에 존재하는 CO2 분자 덩어리와,

and preassembled molecules called

이미 조합되어 있는 분자인,

ribulose biphosphate, or RuBP,

리불로오스 인산, 또는 RuBP 이 재료이며,

each containing five carbons.

각각 탄소 다섯개씩 가지고 있습니다.

The initiator? An industrious enzyme named rubisco

시작하는 것? 루비스코라고 불리는 부지런한 효소입니다.

that welds one carbon atom from a CO2 molecule

그 효소는 CO2 분자에서 탄소 하나를

with the RuBP chain

RuBP 고리에 접착시켜서

to build an initial six carbon sequence.

최초단계에서 필요한 여섯개 탄소 연속체를 만듭니다.

That rapidly splits into two shorter chains

그것이 빠르게 두개의 더 작은 고리들로 나눠져서,

containing three carbons each

각 고리는 이제 세개의 탄소를 지니게 되는데,

and called phosphoglycerates, or PGAs, for short.

이것은 포스포글리세린산, 또는 줄여서 PGA 라고 불립니다.

Enter ATP, and another chemical called

ATP(아데노신3인산), 그리고 또 하나의 화학물질인,

nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,

니코틴아미드 아데닌 디누우클레오티드 인산,

or just NADPH.

또는 줄여서 NADPH 단계에 들어가보죠.

ATP, working like a lubricant, delivers energy,

ATP는 윤활제 역할을 하면서 에너지를 전달하고,

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

그동안 NADPH 는 각 PGA 고리에 하나의 수소를 붙이면서,

changing them into molecules called

각 PGA 고리를 글리세르알데히드 3인산, 또는 G3P 라고 불리는

glyceraldehyde 3 phosphates, or G3Ps.

분자로 변형시킵니다.

Glucose needs six carbons to form,

포도당이 형성되려면 여섯개의 탄소가 필요하고,

made from two molecules of G3P,

그 여섯개의 탄소는 두개의 G3P 분자로 부터 형성될 수 있죠.

which incidentally have six carbons between them.

왜냐면, 두개의 G3P를 합치면 우연히 여섯개의 탄소가 될수 있으니까요.

So, sugar has just been manufactured, right?

자 그럼 당이 완성되었나요?

Not quite.

아직 아닙니다.

The Calvin cycle works like a sustainable production line,

캘빈회로과정은 지속적인 생산공정처럼 작동합니다.

meaning that those original RuBPs

원래의 RuBP 들은

that kicked things off at the start,

작업을 시작시키는 역할을 하기 때문에,

need to be recreated by reusing materials

캘빈회로과정내에서

within the cycle now.

재료들을 재사용해서 다시 만들어져야 한다는 뜻이죠.

But each RuBP needs five carbons

그러나 각각의 RuBP는 다섯개의 탄소를 보유하고 있고,

and manufacturing glucose takes a whole six.

포도당을 만들려면 여섯개의 탄소가 필요하죠.

Something doesn't add up.

갯수가 안맞습니다.

The answer lies in one phenomenal fact.

해답은 경이로운 하나의 현상에서 찾을 수 있습니다.

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

우리가 지금껏 한가지 생산공정에만 집중하는 사이에,

five others have been happening at the same time.

다섯개의 다른 공정이 동시에 돌아가고 있었던 것이죠.

With six conveyor belts moving in unison,

여섯개의 생산공정이 동시에 돌아가면서,

there isn't just one carbon that gets soldered

하나의 탄소가 하나의 RuBP 고리에

to one RuBP chain,

붙게 되는 것이 아니라,

but six carbons soldered to six RuBPs.

여섯개의 탄소가 여섯개의 RuBP에 붙게 되는 것입니다.

That creates 12 G3P chains instead of just two,

이렇게 되면, 두개가 아닌 12개의 G3P 가 만들어지고,

meaning that all together, 36 carbons exist:

모두 합쳐서 36개의 탄소가 존재하게 된다는 뜻이죠:

the precise number needed to manufacture sugar,

당을 생산해내는 것과, 처음 공정에 존재하는 RuBP를

and rebuild those RuBPs.

재생산하는 데 필요한 정확한 탄소 갯수입니다.

Of the 12 G3Ps pooled together,

그 모여진 12개의 G3P 중,

two are siphoned off to form

두개가 떨어져 나와서

that energy rich six carbon glucose chain.

에너지 가득한 탄소 여섯개짜리 포도당 고리를 형성합니다.

The one fueling you via your breakfast. Success!

바로 여러분이 아침 식사를 통해 에너지를 얻게 되는 그 당입니다. 성공이죠!

But back on the manufacturing line,

그러나 생산공정으로 다시 돌아가면,

the byproducts of this sugar production

당분 생산중에 생기는 부산물들은 재빠르게 옮겨 붙어서

are swiftly assembled to recreate those six RuBPs.

여섯개의 RuBP를 만듭니다.

That requires 30 carbons,

그것은 30개의 탄소들을 필요로 하는데,

the exact number contained by the remaining 10 G3PS.

남아있는 10개의 G3P 로 부터 얻어질 수 있는 정확한 숫자죠.

Now a molecular mix and match occurs.

이제 분자 합성과 결합이 일어납니다.

Two of the G3Ps are welded together

여섯개의 탄소를 가진 연속체를 만들면서,

forming a six carbon sequence.

두개의 G3P 가 합쳐집니다.

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

세번째의 G3P를 더하면서, 탄소 아홉개를 가진 고리가 만들어집니다.

The first RuBP, made up of five carbons,

탄소 다섯개로 이루어졌던 첫번째 RuBP는

is cast from this,

이번 단계에서 사라지면서

leaving four carbons behind.

네개의 탄소를 남깁니다.

But there's no wastage here.

그렇다고 해서 그 네개의 탄소들은 버려지지 않습니다.

Those are soldered to a fourth G3P molecule,

그것들은 네번째의 G3P 분자에 붙여져서

making a seven carbon chain.

일곱개의 탄소를 가진 고리를 만들게 됩니다.

Added to a fifth G3P molecule,

다섯번째 G3P 분자에 결합되면서

a ten carbon chain is created,

탄소 열개로 구성된 고리가 만들어지고,

enough now to craft two more RuBPs.

RuBP 를 두개 더 만들 수 있게 됩니다.

With three full RuBPs recreated

열개의 G3P 중 다섯개로 부터 만들어진 세개의

from five of the ten G3Ps,

완벽한 RuBP 를 가지고,

simply duplicating this process

이 과정을 반복하기만 해도

will renew the six RuBP chains

여섯개의 RuBP 고리가 재생산 되게 됩니다.

needed to restart the cycle again.

이 여섯개의 고리는 캘빈회로과정을 다시 시작시킬 수 있죠.

So the Calvin cycle generates the precise number

그러니까, 캘빈회로공정은 이러한 생화학적 생산과정이

of elements and processes

끊임없이 돌아갈 수 있는

required to keep this biochemical production line

정확한 갯수의 원소와 절차를

turning endlessly.

만들어 냅니다.

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

그리고 그것은 자연에 존재하는 수 백가지의 많은

present in nature.

회로공정들 중 하나일 뿐입니다.

Why so many?

왜 그렇게 많냐구요?

Because if biological production processes were linear,

만약에 생물학적 생산과정이 선형이라면,

they wouldn't be nearly as efficient or successful

당분과 같은 자연이 의존하는 물질들을

at using energy to manufacture the materials

생산할 때, 에너지를 비효율적으로

that nature relies upon, like sugar.

또는 높지 않은 성공율로 사용하게 됩니다.

Cycles create vital feedback loops

회로공정들은 중요한 송환 회전 구조를 만들어서

that repeatedly reuse and rebuild ingredients

재료들을 반복적으로 재사용하고 재생산해 냅니다.

crafting as much as possible

자연에서 얻을 수 있는 자원들로 부터

out of the planet's available resources.

가능한 많은 양을 만들어 내면서 말이죠.

Such as that sugar,

가공되지 않은 태양빛과 탄소를

built using raw sunlight and carbon

사용해서,

converted in plant factories

식물내의 공장에서 변환되어,

to become the energy that powers you

여러분에게 힘을 주며,

and keeps the cycles revolving in your own life.

여러분 일상의 회전 바퀴를 돌리는 그 당분처럼 말이죠.