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

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Tisa Tontiwatkul

You're facing a giant bowl

ตรงหน้าคุณมีชามขนาดใหญ่

of energy packed Carbon Crunchies.

เต็มไปด้วยพลังงานที่อัดอยู่ใน คาร์บอน ครันชีส์

One spoonful. Two. Three.

หนึ่งช้อน สองช้อน สามช้อน

Soon, you're powered up by the energy surge

ไม่นาน คุณถูกเติมพลังด้วยพลังงาน ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

that comes from your meal.

ซึ่งมาจากอาหารของคุณ

But how did that energy get into your bowl?

แต่พลังงานมาอยู่ในชามได้อย่างไร

Energy exists in the form of sugars

พลังงานปรากฎอยู่ในรูปของน้ำตาล

made by the plant your cereal came from,

ที่สร้างขึ้นโดยพืชซึ่งนำมาทำเป็นซีเรียล

like wheat or corn.

อย่างเช่นธัญพืชหรือข้าวโพด

As you can see, carbon is the chemical backbone,

อย่างที่เห็น คาร์บอนคือองค์ประกอบหลักทางเคมี

and plants get their fix of it

และพืชก็ตรึงมันมา

in the form of carbon dioxide, CO2,

ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ CO2

from the air that we all breath.

จากอากาศที่เราหายใจ

But how does a plant's energy factory,

แต่โรงงานพลังงานของพืช

housed in the stroma of the chloroplast,

ซึ่งตั้งอยู่ในส่วนสโตรมาของคลอโรพลาส

turn a one carbon gas, like CO2,

เปลี่ยนก๊าซที่มีคาร์บอนตัวเดียวอย่าง CO2

into a six carbon solid, like glucose?

เป็นของแข็งที่มีคาร์บอนหกตัวอย่างกลูโคส ได้อย่างไรกัน

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

ถ้าคุณคิดถึงการสังเคราะห์ด้วยแสง คุณคิดถูกแล้ว

But photosynthesis is divided into two steps.

แต่การสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งได้เป็นสองขั้นตอน

The first, which stores energy from the sun

ขั้นแรก ซึ่งเก็บพลังงานมาจากดวงอาทิตย์

in the form of adenosine triphosphate, or ATP.

ในรูปแบบของ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟส หรือ ATP

And the second, the Calvin cycle, that captures carbon

และขั้นที่สอง วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) ที่จับเอาคาร์บอน

and turns it into sugar.

และเปลี่ยนมันเป็นน้ำตาล

This second phase represents one of nature's

ในส่วนที่สองนี้เป็นตัวแทนหนึ่ง

most sustainable production lines.

ของสายการผลิตของธรรมชาติที่ยั่งยืนที่สุด

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

และด้วยสิ่งนี้ ยินดีต้อนรับสู่โรงงานที่เล็กจิ๋วที่สุดในโลก

The starting materials?

วัตถุดิบเริ่มต้น

A mix of CO2 molecules from the air,

ส่วนผสมของโมเลกุล CO2 จากอากาศ

and preassembled molecules called

และโมเลกุลก่อนการรวมตัวที่เรียกว่า

ribulose biphosphate, or RuBP,

ไรโบส บิสฟอสเฟต หรือ RuBP

each containing five carbons.

แต่ละโมเลกุลมีคาร์บอนอยู่หกอะตอม

The initiator? An industrious enzyme named rubisco

ตัวเริ่มน่ะหรือ เอ็นไซม์ในอุตสาหกรรมชื่อว่า รูบิสโก (rubisco)

that welds one carbon atom from a CO2 molecule

ที่เชื่อมอะตอมคาร์บอนจากโมเลกุล CO2

with the RuBP chain

เข้ากับสาย RuBP

to build an initial six carbon sequence.

เพื่อสร้างโมเลกุลตั้งต้นที่มีคาร์บอนหกตัว

That rapidly splits into two shorter chains

ซึ่งไม่นานก็ถูกแยกออกเป็นโมเลกุลที่เล็กกว่าสองสาย

containing three carbons each

ที่ประกอบด้วยคาร์บอนสามอะตอม

and called phosphoglycerates, or PGAs, for short.

และเรียกว่า ฟอสโฟกลีเซอร์เรต หรือเรียกสั้นๆ ว่า PGA

Enter ATP, and another chemical called

ATP ถูกนำเข้าไป และสารเคมีอีกอย่างเรียกว่า

nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,

นิโคตินาไมน์ อดีนิน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต

or just NADPH.

หรือ NADPH

ATP, working like a lubricant, delivers energy,

ATP ทำงานเหมือนสารหล่อลื่น นำส่งพลังงาน

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

ในขณะที่ NADPH แนบไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม ให้แต่ละ PGA

changing them into molecules called

เปลี่ยนให้พวกมันกลายเป็นโมเลกุลที่เรียกว่า

glyceraldehyde 3 phosphates, or G3Ps.

กลีเซอรัลดีไฮด์ 3 ฟอสเฟต หรือ G3P

Glucose needs six carbons to form,

กลูโคสต้องการคาร์บอนหกอะตอมเป็นองค์ประกอบ

made from two molecules of G3P,

ซึ่งสร้างขึ้นจากสองโมเลกุลของ G3P

which incidentally have six carbons between them.

ซึ่งบังเอิญว่าแต่ละโมเลกุลมีคาร์บอนหกอะตอม

So, sugar has just been manufactured, right?

ดังนั้น น้ำตาลก็ถูกสร้างขึ้นแบบนี้สินะ

Not quite.

ก็ไม่เชิงนะ

The Calvin cycle works like a sustainable production line,

วัฎจักรคัลวินทำงานเหมือนกับสายการผลิตที่ยั่งยืน

meaning that those original RuBPs

หมายความว่า RuBP ที่มีอยู่แต่แรก

that kicked things off at the start,

ที่ทำให้ทุกอย่างดำเนินไปในตอนแรก

need to be recreated by reusing materials

ต้องถูกสร้างขึ้นมาใหม่โดยนำวัตถุดิบกลับมาใช้ใหม่

within the cycle now.

ภายในวัฎจักรตอนนี้

But each RuBP needs five carbons

แต่ว่าแต่ละโมเลกุลของ RuBP ต้องการคาร์บอนหกอะตอม

and manufacturing glucose takes a whole six.

และการสร้างกลูโคสก็เอาไปหมดแล้วทั้งหกอะตอม

Something doesn't add up.

มีอะไรบางอย่างที่รวมแล้วไม่เป็นเช่นนั้น

The answer lies in one phenomenal fact.

คำตอบนั้นอยู่ในข้อเท็จจริงที่น่าทึ่ง

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

ระหว่างที่เราสนใจกับสายการผลิตนี้อันเดียว

five others have been happening at the same time.

อีกห้าสายการผลิตกำลังดำเนินไปพร้อมๆ กัน

With six conveyor belts moving in unison,

ด้วยสายพานทั้งหกที่เคลื่อนไปพร้อมๆ กัน

there isn't just one carbon that gets soldered

ไม่ใช่แค่คาร์บอนอะตอมเดียวที่ถูกเชื่อม

to one RuBP chain,

เข้ากับสาย RuBP หนึ่งสาย

but six carbons soldered to six RuBPs.

แต่เป็นคาร์บอนหกอะตอมเชื่อมเข้ากับ หกโมเลกุลของ RuBP

That creates 12 G3P chains instead of just two,

ซึ่งนั้นทำให้ได้ G3P 12 สาย แทนที่จะเป็นสอง

meaning that all together, 36 carbons exist:

ซึ่งหมายความว่าทั้งหมดแล้ว มีคาร์บอนทั้งหมด 36 อะตอม

the precise number needed to manufacture sugar,

จำนวนที่พอเหมาะกับการสร้างน้ำตาล

and rebuild those RuBPs.

และสร้าง RuBP ขึ้นใหม่

Of the 12 G3Ps pooled together,

จาก G3P 12 อะตอม

two are siphoned off to form

สองโมเลกุลถูกถ่ายไปเพื่อสร้างเป็น

that energy rich six carbon glucose chain.

สายน้ำตาลคาร์บอนหกอะตอมที่เต็มไปด้วยพลังงาน

The one fueling you via your breakfast. Success!

ที่เติมพลังให้กับคุณผ่านทางอาหารเช้า สำเร็จ!

But back on the manufacturing line,

กลับมายังสายการผลิต

the byproducts of this sugar production

ผลิตภัณฑ์ข้างเคียงของการผลิตน้ำตาล

are swiftly assembled to recreate those six RuBPs.

รวมตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้าง RuBP หกโมเลกุลขึ้นใหม่

That requires 30 carbons,

ซึ่งต้องการคาร์บอน 30 อะตอม

the exact number contained by the remaining 10 G3PS.

เป็นจำนวนที่พอดีกับ G3P 10 โมเลกุลที่เหลือ

Now a molecular mix and match occurs.

ทีนี้การจับคู่โมเลกุลก็เกิดขึ้น

Two of the G3Ps are welded together

G3P สองโมเลกุลถูกเชื่อมเข้าด้วยกัน

forming a six carbon sequence.

เกิดเป็นลำดับสายคาร์บอนหกอะตอม

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

โดยการเติม GFP ตัวที่สาม สายคาร์บอนเก้าอะตอมก็เกิดขึ้น

The first RuBP, made up of five carbons,

RuBP ตัวแรก ที่ถูกสร้างขึ้นจากคาร์บอนหกอะตอม

is cast from this,

ถูกปลดปล่อยออก

leaving four carbons behind.

ทำให้เหลือคาร์บอนอีกสี่อะตอม

But there's no wastage here.

แต่ว่าไม่มีการทิ้งอะไรให้เสียเปล่า

Those are soldered to a fourth G3P molecule,

พวกมันจะถูกเชื่อมกับ G3P โมเลกุลที่สี่

making a seven carbon chain.

ทำให้เกิดสายคาร์บอนเจ็ดอะตอม

Added to a fifth G3P molecule,

เติม GFP โมเลกุลที่ห้า

a ten carbon chain is created,

สายคาร์บอนสิบอะตอมได้ถูกสร้างขึ้น

enough now to craft two more RuBPs.

เพียงพอแล้วคราวนี้ที่จะสร้างเป็น RuBP สองโมเลกุล

With three full RuBPs recreated

RuBP สามโมเลกุลที่สร้างขึ้น

from five of the ten G3Ps,

จากห้าในสิบของ G3P

simply duplicating this process

ทำกระบวนการนี้ซ้ำอีกรอบ

will renew the six RuBP chains

จะได้สาย RuBP หกสาย

needed to restart the cycle again.

ที่จำเป็นต่อการเริ่มวัฏจักรใหม่อีกครั้ง

So the Calvin cycle generates the precise number

ดังนั้น วัฏจักรคัลวินสร้างจำนวน

of elements and processes

ของสสารและกระบวนการ

required to keep this biochemical production line

ที่จำเป็นต่อการขับเคลื่อนสายการผลิตเชิงชีวเคมีนี้

turning endlessly.

อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

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

และมันก็เป็นแค่หนึ่งในอีกหลายร้อยวัฏจักร

present in nature.

ที่ปรากฎอยู่ในธรรมชาติ

Why so many?

ทำไมถึงมีมากมายนัก

Because if biological production processes were linear,

เพราะว่า ถ้ากระบวนการผลิตทางชีวภาพ เป็นไปแบบเส้นตรง

they wouldn't be nearly as efficient or successful

พวกมันคงจะไม่มีประสิทธิภาพหรือความสำเร็จ ใกล้เคียง

at using energy to manufacture the materials

กับพลังงานที่ใช้ไปในการผลิตวัตถุดิบต่างๆ

that nature relies upon, like sugar.

ที่ธรรมชาติต้องพึ่งพามัน เช่น น้ำตาล

Cycles create vital feedback loops

วัฏจักรสร้างวงจรย้อนกลับที่สำคัญ

that repeatedly reuse and rebuild ingredients

ที่นำส่วนผสมต่างๆ กับมาใช้ใหม่และสร้างใหม่ ตลอดเวลา

crafting as much as possible

สร้างให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

out of the planet's available resources.

จากแหล่งที่ธรรมชาติมีอยู่

Such as that sugar,

อย่างเช่นน้ำตาล

built using raw sunlight and carbon

สร้างโดยแสงแดดและคาร์บอน

converted in plant factories

ถูกเปลี่ยนรูปในโรงงานพืช

to become the energy that powers you

เพื่อให้เป็นพลังงานที่ให้กับคุณ

and keeps the cycles revolving in your own life.

และทำให้วัฏจักรหมุนไปในชีวิตของคุณ