Schema des Calvin-Zyklus erstellen
Beschriftete Schemata des Calvin-Zyklus: Kohlenstofffixierung durch RuBisCO, Reduktion zu G3P und Regeneration von RuBP über drei Runden, dazu Photorespiration sowie C4- und CAM-Pflanzen. Verwendet in der Pflanzenbiologie.
Beispiele für Calvin-Zyklus-Schemata
Echte Renderings der Prompts: ein beschrifteter Calvin-Zyklus über drei Umläufe, eine Schulversion mit fünf Begriffen, Lichtreaktion neben dem Zyklus, ein leeres Arbeitsblatt. Ein Klick lädt den Prompt zum Bearbeiten.
Beschrifteter Calvin-Zyklus, über drei Umläufe gezählt
Beginnen Sie oben, wo CO₂ eintritt, und gehen Sie im Uhrzeigersinn. Die Zahlen gelten für drei Umläufe, die kleinste Zahl, nach der ein ganzes G3P den Zyklus verlässt.
- 1
CO₂-Fixierung
RuBisCO verbindet 3 CO₂ mit 3 RuBP (je 5 Kohlenstoffatome) zu 6 Molekülen 3-PGA.
- 2
Reduktion
6 ATP und 6 NADPH machen aus den 6 3-PGA 6 G3P.
- 3
Ein G3P verlässt den Zyklus
Es dient zum Aufbau von Glucose und anderen Verbindungen; die übrigen 5 G3P bleiben im Zyklus.
- 4
Regeneration
3 weitere ATP bauen die 5 G3P (15 Kohlenstoffatome) zu 3 RuBP (15 Kohlenstoffatome) um, bereit für das nächste CO₂.
Vom einfachen Kreislauf bis zu C4 und CAM: weitere Calvin-Zyklus-Schemata
Weniger Beschriftungen für die erste Stunde zur Fotosynthese, mehr Kohlenstoffbilanz für die Biochemie oder der Zyklus eingebettet in ein Blatt. Diese Fassungen lohnen sich:
Calvin-Zyklus einfach erklärt
Drei Phasen in einem Kreis mit fünf Beschriftungen: CO₂ hinein, ATP und NADPH als Antrieb, Zucker (G3P) heraus, RuBP neu gebildet. Keine Zahlen und keine Enzymnamen; eine Strichzeichnung in diesem Stil lässt sich leicht von Hand abzeichnen. Verlangen Sie „einfach, ohne Molekülzahlen“.
Calvin-Zyklus Bilanz mit Kohlenstoffatomen
Jedes Molekül als Kette aus Kohlenstoffatomen, sodass sich die Summen mit bloßem Auge prüfen lassen: 3 RuBP (15 C) + 3 CO₂ (3 C) = 6 3-PGA (18 C) = 6 G3P (18 C), davon verlässt 1 G3P (3 C) den Zyklus, und 5 (15 C) werden zu 3 RuBP. Ergänzen Sie ein zweites Feld für sechs Umläufe, die zwei G3P hinter einem Glucosemolekül, für 18 ATP und 12 NADPH.
CO₂-Fixierung
Der erste Schritt für sich: RuBisCO verbindet CO₂ mit RuBP, das Produkt mit sechs Kohlenstoffatomen ist instabil und zerfällt sofort in zwei 3-PGA. RuBisCO arbeitet langsam und fixiert nur wenige CO₂ pro Sekunde, deshalb enthalten Blätter so viel davon; es gilt als das häufigste Protein der Erde.
Lichtreaktion und Dunkelreaktion
Ein Chloroplast mit beiden Hälften: Fotosystem II und Fotosystem I an den Thylakoidmembranen spalten Wasser und setzen O₂ frei, ATP und NADPH gehen ins Stroma und treiben den Zyklus an, ADP und NADP⁺ kehren zurück. Das ist das Schema der lichtunabhängigen Reaktionen, das die meisten Kurse wollen, weil es zeigt, dass auch die „Dunkelreaktion“ vom Licht abhängt.
Photorespiration (Lichtatmung)
RuBisCO bindet O₂ statt CO₂: Aus RuBP entstehen dann ein 3-PGA und ein 2-Phosphoglycolat mit zwei Kohlenstoffatomen, das über Chloroplast, Peroxisom und Mitochondrium verwertet wird; dabei wird CO₂ frei und ATP verbraucht, ohne dass Zucker entsteht. Am stärksten ist sie an heißen, trockenen Tagen, wenn die Spaltöffnungen schließen und sich Sauerstoff im Blatt anreichert.
C3-, C4- und CAM-Pflanzen
Drei Wege, dem Calvin-Zyklus CO₂ zuzuführen. C3-Pflanzen (Weizen, Reis) fixieren es direkt mit RuBisCO. C4-Pflanzen (Mais, Zuckerrohr) binden es zuerst mit der PEP-Carboxylase in den Mesophyllzellen zu Säuren mit vier Kohlenstoffatomen, die es zu den Bündelscheidenzellen mit RuBisCO tragen: räumliche Trennung. CAM-Pflanzen (Kakteen, Ananas) öffnen ihre Spaltöffnungen nachts, speichern CO₂ als Äpfelsäure und geben es tagsüber an den Zyklus ab: zeitliche Trennung.
Moleküle des Calvin-Zyklus und ihre Aufgaben
Die Moleküle und das Enzym, die ein beschriftetes Schema des Calvin-Zyklus üblicherweise zeigt, was sie sind und welche Rolle sie spielen. Das ist der Standardumfang, solange Sie keinen kürzeren verlangen.
| Molekül | Was es ist | Rolle im Zyklus |
|---|---|---|
| Kohlenstoffdioxid (CO₂) | Die Kohlenstoffquelle, aus der Luft über die Spaltöffnungen aufgenommen | Wird in Phase 1 an RuBP fixiert, ein Molekül pro Umlauf |
| RuBisCO | Das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase | Katalysiert die CO₂-Fixierung und verbindet CO₂ mit RuBP |
| RuBP (Ribulose-1,5-bisphosphat) | Ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen und zwei Phosphatgruppen | Nimmt CO₂ auf; wird in Phase 3 neu gebildet, damit der Zyklus weiterläuft |
| 3-PGA (3-Phosphoglycerat) | Eine Säure mit drei Kohlenstoffatomen und einer Phosphatgruppe | Das erste Produkt: zwei entstehen je fixiertem CO₂ |
| ATP | Der Energieträger aus den lichtabhängigen Reaktionen | Wird in der Reduktion (6 je drei Umläufe) und der Regeneration (3 je drei Umläufe) verbraucht |
| NADPH | Der Elektronenträger aus den lichtabhängigen Reaktionen | Liefert die Elektronen, die 3-PGA zu G3P reduzieren (6 je drei Umläufe) |
| G3P (Glycerinaldehyd-3-phosphat) | Ein Zuckerphosphat mit drei Kohlenstoffatomen | Das Produkt: eins von sechs verlässt den Zyklus für Glucose und andere Stoffe, fünf werden wiederverwertet |
| ADP und NADP⁺ | Die entladenen Träger | Kehren zu den Thylakoidmembranen zurück und werden dort von den lichtabhängigen Reaktionen wieder aufgeladen |
Wie viel Detail verlangt wird, hängt vom Kurs ab. In der Mittelstufe genügen oft CO₂ hinein, Zucker heraus und ATP und NADPH als Antrieb; in der Oberstufe und im Studium werden RuBisCO, RuBP, 3-PGA und G3P benannt und die Moleküle für drei Umläufe gezählt. Nennen Sie die Beschriftungen, die Sie brauchen, und nur diese werden gezeichnet.
Was zeigt ein Schema des Calvin-Zyklus?
Ein Schema des Calvin-Zyklus zeigt, wie der Chloroplast Kohlenstoffdioxid in drei Phasen zu Zucker macht: RuBisCO fixiert CO₂ an RuBP, ATP und NADPH reduzieren das Produkt zu G3P, und der Großteil des G3P regeneriert RuBP. Der Zyklus läuft im Stroma ab.
Auf einen Blick
- Er läuft im Stroma des Chloroplasten ab. Kohlenstoffdioxid gelangt durch die Spaltöffnungen ins Blatt und diffundiert ins Stroma, wo die lichtunabhängigen Reaktionen der Fotosynthese ablaufen.
- Drei Umläufe fixieren drei CO₂ und liefern ein G3P. RuBisCO verbindet 3 CO₂ mit 3 RuBP zu 6 Molekülen 3-PGA; 6 ATP und 6 NADPH reduzieren sie zu 6 G3P; ein G3P verlässt den Zyklus, die übrigen fünf werden zu 3 RuBP umgebaut.
- Ein G3P kostet 9 ATP und 6 NADPH. Sechs ATP fließen in die Reduktion, drei weitere in die Regeneration von RuBP; ADP und NADP⁺ kehren zu den lichtabhängigen Reaktionen zurück und werden dort wieder aufgeladen.
- Ein Glucosemolekül braucht sechs Umläufe. Jeder Umlauf fixiert ein Kohlenstoffatom, also läuft der Zyklus sechsmal, für zwei G3P, pro Glucosemolekül mit sechs Kohlenstoffatomen.
- „Dunkelreaktion“ ist ein irreführender Name. Kein Schritt nutzt Licht direkt, doch der Zyklus läuft mit ATP und NADPH aus den lichtabhängigen Reaktionen, die nur Millionstelsekunden bestehen; er ist also nicht lichtunabhängig im Wortsinn und läuft nicht nur nachts.
Lichtreaktion und Calvin-Zyklus: Worin liegt der Unterschied?
Die lichtabhängigen Reaktionen fangen an den Thylakoidmembranen Lichtenergie ein, spalten Wasser, setzen Sauerstoff frei und bilden ATP und NADPH; der Calvin-Zyklus verbraucht dieses ATP und NADPH im Stroma, um Kohlenstoffdioxid zu Zucker zu fixieren. Die erste Phase macht aus Licht chemische Energie, die zweite speichert sie in Kohlenstoffverbindungen.
| Lichtabhängige Reaktionen | Calvin-Zyklus | |
|---|---|---|
| Ort | Thylakoidmembranen | Stroma |
| Nutzt Licht direkt | Ja | Nein, braucht aber deren ATP und NADPH |
| Ausgangsstoffe | Licht, Wasser, ADP und NADP⁺ | CO₂, ATP und NADPH |
| Produkte | Sauerstoff, ATP und NADPH | G3P, ADP und NADP⁺ |
| Wichtige Bestandteile | Fotosystem II, Fotosystem I, Elektronentransportkette und ATP-Synthase | RuBisCO und RuBP |
| Kohlenstoff | Wird nicht fixiert | CO₂ wird in organische Moleküle eingebaut |
| Andere Namen | Lichtreaktion, Primärreaktion | Lichtunabhängige Reaktionen, Calvin-Benson-Zyklus, früher Dunkelreaktion |
Zeichnen Sie beide Phasen als verbundene Hälften eines Chloroplasten: ATP und NADPH fließen von den Thylakoiden ins Stroma, ADP und NADP⁺ fließen zurück. Ein Schema, in dem der Calvin-Zyklus Sauerstoff abgibt oder die Lichtreaktion CO₂ aufnimmt, ist der erste Fehler, nach dem Sie suchen sollten.
Häufige Fragen zum Schema des Calvin-Zyklus
Was gehört in ein beschriftetes Schema des Calvin-Zyklus?
Standard sind die drei Phasen, also CO₂-Fixierung, Reduktion und Regeneration, mit CO₂, RuBisCO, RuBP, 3-PGA, ATP, ADP, NADPH, NADP⁺ und G3P, dem G3P, das den Zyklus verlässt, und den Molekülzahlen für drei Umläufe. Verlangen Sie weniger Beschriftungen, werden nur diese gezeichnet.
Was ist Photorespiration?
Photorespiration (Lichtatmung) läuft ab, wenn RuBisCO O₂ statt CO₂ an RuBP bindet. Es entstehen ein 3-PGA und ein 2-Phosphoglycolat, das die Pflanze über ihre Peroxisomen und Mitochondrien verwerten muss, wobei sie CO₂ verliert und ATP verbraucht. Sie nimmt bei heißem, trockenem Wetter zu; C4- und CAM-Pflanzen begrenzen sie, indem sie CO₂ um RuBisCO anreichern.
Welche drei Phasen hat der Calvin-Zyklus?
CO₂-Fixierung, Reduktion und Regeneration. Bei der Fixierung verbindet RuBisCO CO₂ mit RuBP, es entsteht 3-PGA; bei der Reduktion machen ATP und NADPH aus 3-PGA G3P; bei der Regeneration wird der Großteil des G3P unter weiterem ATP-Verbrauch zu RuBP umgebaut, damit der Zyklus das nächste CO₂ aufnehmen kann.
Wo findet der Calvin-Zyklus statt?
Im Stroma des Chloroplasten, der Flüssigkeit um die Thylakoide. Die lichtabhängigen Reaktionen laufen an den Thylakoidmembranen ab, sodass ihr ATP und NADPH genau dort frei werden, wo der Zyklus sie braucht.
Was geht in den Calvin-Zyklus hinein, und was kommt heraus?
Für drei Umläufe gehen 3 CO₂, 9 ATP und 6 NADPH hinein; heraus kommen ein G3P, 9 ADP und 6 NADP⁺. ADP und NADP⁺ kehren zu den lichtabhängigen Reaktionen zurück und werden wieder aufgeladen; aus dem G3P werden Glucose und andere Stoffe aufgebaut.
Wie viele Umläufe des Calvin-Zyklus ergeben ein Glucosemolekül?
Sechs. Jeder Umlauf fixiert ein Kohlenstoffatom, also ergeben drei Umläufe ein G3P mit drei Kohlenstoffatomen und sechs Umläufe die zwei G3P für ein Glucosemolekül mit sechs, zum Preis von 18 ATP und 12 NADPH.
Was macht RuBisCO?
RuBisCO ist das Enzym, das Kohlenstoff fixiert: Es verbindet jedes CO₂ mit einem RuBP, und aus jeder Reaktion gehen zwei Moleküle 3-PGA hervor. Sein voller Name lautet Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase; es arbeitet im Stroma mit dem RuBP, das der Zyklus fortlaufend regeneriert.
Warum heißt der Calvin-Zyklus lichtunabhängig?
Weil keiner seiner Schritte Licht direkt nutzt, er aber trotzdem vom Licht abhängt. Er läuft mit ATP und NADPH aus den lichtabhängigen Reaktionen, die nur Millionstelsekunden bestehen. Deshalb führt der alte Name „Dunkelreaktion“ in die Irre: Der Zyklus läuft nicht nur nachts.
Geht auch eine einfache Zeichnung des Calvin-Zyklus für jüngere Klassen?
Ja, verlangen Sie einen einfachen Überblick, und das Schema beschränkt sich auf das Wesentliche: Kohlenstoffdioxid hinein, ATP und NADPH als Antrieb, Zucker heraus und das Ausgangsmolekül neu gebildet. Fünf Beschriftungen oder weniger reichen in der Unterstufe meist aus.
Wie stellt das Tool sicher, dass Phasen und Moleküle des Calvin-Zyklus in der richtigen Reihenfolge stehen?
Die fachliche Vorgabe ist eingebaut. Jedes Bild wird angewiesen, der üblichen Lehrbuchdarstellung zu folgen: jede Phase in ihrer richtigen Reihenfolge auf einem geschlossenen Kreis, verbunden durch Pfeile, die zeigen, was hinein- und hinausgeht, jede Beschriftung exakt geschrieben. Prüfen Sie die Begriffe vor dem Druck an Ihrem Lehrplan; auf der Leinwand lässt sich jede Beschriftung direkt korrigieren.
Darf ich ein Schema des Calvin-Zyklus von hier im Unterricht oder in einem Fachartikel verwenden?
Ja – die Schemata des Calvin-Zyklus, die Sie erzeugen, gehören Ihnen und lassen sich in Arbeitsblättern zur Fotosynthese, Biochemie-Folien, Berichten und Abschlussarbeiten verwenden. Der Export reicht je nach Modell bis 4K.
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