Генератор схем цикла Кальвина
Схемы цикла Кальвина с подписями для темновых реакций: фиксация углерода РуБисКО, восстановление до Г3Ф и регенерация РуБФ за три оборота, плюс фотодыхание, C4 и САМ. Используются в физиологии растений.
Примеры схем цикла Кальвина
Реальные рендеры по их промптам: цикл Кальвина со всеми подписями в расчёте на три оборота, школьный вариант на пять подписей, световая фаза рядом с циклом и пустой рабочий лист. Щелчок загружает промпт для правки.
Подписанная схема цикла Кальвина с подсчётом за три оборота
Начните сверху, где поступает CO₂, и идите по часовой стрелке. Числа даны для трёх оборотов — наименьшего числа, при котором из цикла выходит одна целая молекула ФГА.
- 1
Фиксация углерода
РуБисКО присоединяет 3 CO₂ к 3 РуБФ (по 5 атомов углерода), и образуется 6 молекул 3-ФГК.
- 2
Восстановление
6 АТФ и 6 НАДФН превращают 6 молекул 3-ФГК в 6 ФГА.
- 3
Одна ФГА выходит
Она идёт на синтез глюкозы и других веществ; остальные 5 ФГА остаются в цикле.
- 4
Регенерация
Ещё 3 АТФ перестраивают 5 ФГА (15 атомов углерода) в 3 РуБФ (15 атомов углерода), готовых принять следующую CO₂.
От простого круга до C4 и CAM: другие схемы цикла Кальвина
Меньше подписей для первого урока о фотосинтезе, больше учёта углерода для биохимии или цикл внутри листа. Варианты, которые стоит запрашивать:
Цикл Кальвина: простая схема
Три стадии в одном круге с пятью подписями: CO₂ на входе, АТФ и НАДФН, которые вращают цикл, сахар (ФГА) на выходе, восстановленный РуБФ. Без чисел и названий ферментов; такой контурный рисунок легко перерисовать от руки. Попросите «просто, без числа молекул».
Цикл Кальвина с подсчётом атомов углерода
Каждая молекула нарисована цепочкой атомов углерода, чтобы суммы можно было проверить на глаз: 3 РуБФ (15 C) + 3 CO₂ (3 C) = 6 3-ФГК (18 C) = 6 ФГА (18 C), из них 1 ФГА (3 C) выходит, а 5 (15 C) становятся 3 РуБФ. Добавьте вторую панель для шести оборотов — двух ФГА на одну глюкозу — с 18 АТФ и 12 НАДФН.
Фиксация углерода
Только первый шаг: РуБисКО присоединяет CO₂ к РуБФ, шестиуглеродный продукт неустойчив и сразу распадается на две молекулы 3-ФГК. РуБисКО работает медленно, фиксируя лишь несколько молекул CO₂ в секунду, поэтому в листьях её так много; считается, что это самый распространённый белок на Земле.
Световая и темновая фазы фотосинтеза
Один хлоропласт с обеими частями: фотосистема II и фотосистема I на мембранах тилакоидов расщепляют воду и выделяют O₂, АТФ и НАДФН переходят в строму и вращают цикл, АДФ и НАДФ⁺ возвращаются обратно. Именно такую схему светонезависимых реакций хочет большинство курсов, потому что она показывает: «темновая фаза» всё равно зависит от света.
Фотодыхание
РуБисКО присоединяет O₂ вместо CO₂: тогда из РуБФ получаются одна молекула 3-ФГК и одна молекула двухуглеродного 2-фосфогликолата, который перерабатывается через хлоропласт, пероксисому и митохондрию; при этом выделяется CO₂ и тратится АТФ без всякого выигрыша в сахаре. Сильнее всего фотодыхание в жаркие сухие дни, когда устьица закрываются и в листе накапливается кислород.
C3-, C4- и CAM-растения
Три способа подать CO₂ в цикл Кальвина. C3-растения (пшеница, рис) фиксируют его напрямую с помощью РуБисКО. C4-растения (кукуруза, сахарный тростник) сначала фиксируют его ФЕП-карбоксилазой в клетках мезофилла в четырёхуглеродные кислоты, которые переносят его в клетки обкладки проводящего пучка к РуБисКО: разделение в пространстве. CAM-растения (кактусы, ананас) открывают устьица ночью, запасают CO₂ в виде яблочной кислоты и днём отдают его в цикл: разделение во времени.
Молекулы цикла Кальвина и что делает каждая
Молекулы и фермент, которые обычно показывают на подписанной схеме цикла Кальвина, что они собой представляют и какова их роль в цикле. Это набор подписей по умолчанию, если вы не попросите короче.
| Молекула | Что это | Роль в цикле |
|---|---|---|
| Углекислый газ (CO₂) | Источник углерода, поступает из воздуха через устьица | Присоединяется к РуБФ на стадии 1, по одной молекуле за оборот |
| РуБисКО | Фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа | Катализирует фиксацию CO₂ на РуБФ |
| РуБФ (рибулозо-1,5-бисфосфат) | Пятиуглеродный сахар с двумя фосфатными группами | Принимает CO₂; восстанавливается на стадии 3, чтобы цикл продолжался |
| 3-ФГК (3-фосфоглицериновая кислота) | Трёхуглеродная кислота с одной фосфатной группой | Первый продукт: на каждую фиксированную CO₂ образуются две молекулы |
| АТФ | Переносчик энергии, образованный в световой фазе | Тратится на восстановление (6 на три оборота) и регенерацию (3 на три оборота) |
| НАДФН | Переносчик электронов, образованный в световой фазе | Даёт электроны для восстановления 3-ФГК до ФГА (6 на три оборота) |
| ФГА (глицеральдегид-3-фосфат) | Трёхуглеродный фосфорилированный сахар | Продукт: одна из шести покидает цикл для синтеза глюкозы и других веществ, пять идут на повторное использование |
| АДФ и НАДФ⁺ | Разряженные переносчики | Возвращаются к мембранам тилакоидов, где световая фаза снова их заряжает |
Сколько деталей нужно, зависит от курса. В школьном курсе часто хватает CO₂ на входе, сахара на выходе и АТФ с НАДФН как движущей силы; в профильных классах и в вузе называют РуБисКО, РуБФ, 3-ФГК и ФГА и считают молекулы на три оборота. Назовите нужные подписи, и будут нарисованы только они.
Что такое схема цикла Кальвина?
Схема цикла Кальвина показывает, как хлоропласт превращает углекислый газ в сахар в три стадии: РуБисКО присоединяет CO₂ к РуБФ, АТФ и НАДФН восстанавливают продукт до ФГА, а большая часть ФГА идёт на регенерацию РуБФ. Цикл идёт в строме.
Коротко
- Он идёт в строме хлоропласта. Углекислый газ попадает в лист через устьица и диффундирует в строму, где проходят реакции фотосинтеза, не использующие свет напрямую.
- Три оборота фиксируют три CO₂ и дают одну молекулу ФГА на выход. РуБисКО присоединяет 3 CO₂ к 3 РуБФ, образуя 6 молекул 3-ФГК; 6 АТФ и 6 НАДФН восстанавливают их до 6 ФГА; одна ФГА покидает цикл, остальные пять превращаются в 3 РуБФ.
- Одна ФГА обходится в 9 АТФ и 6 НАДФН. Шесть АТФ уходят на восстановление и ещё три на регенерацию РуБФ; АДФ и НАДФ⁺ возвращаются в световую фазу для перезарядки.
- Одна молекула глюкозы требует шести оборотов. Каждый оборот фиксирует один атом углерода, поэтому цикл проходит шесть раз — две ФГА — на каждую шестиуглеродную глюкозу.
- Название «темновая фаза» вводит в заблуждение. Ни одна реакция не использует свет напрямую, но цикл работает на АТФ и НАДФН световой фазы, которые живут лишь миллионные доли секунды; поэтому он не независим от света и не идёт только ночью.
Световая фаза и цикл Кальвина: в чём разница?
Световая фаза улавливает энергию света на мембранах тилакоидов, расщепляет воду, выделяет кислород и образует АТФ и НАДФН; цикл Кальвина тратит эти АТФ и НАДФН в строме, чтобы связать углекислый газ в сахар. Первая превращает свет в химическую энергию, второй запасает её в углеродных соединениях.
| Световая фаза | Цикл Кальвина | |
|---|---|---|
| Где | Мембраны тилакоидов | Строма |
| Использует свет напрямую | Да | Нет, но нуждается в её АТФ и НАДФН |
| На входе | Свет, вода, АДФ и НАДФ⁺ | CO₂, АТФ и НАДФН |
| На выходе | Кислород, АТФ и НАДФН | ФГА, АДФ и НАДФ⁺ |
| Ключевые участники | Фотосистема II, фотосистема I, электрон-транспортная цепь и АТФ-синтаза | РуБисКО и РуБФ |
| Углерод | Не фиксируется | CO₂ включается в органические молекулы |
| Другие названия | Световые реакции | Темновая фаза (школьное название), цикл Кальвина — Бенсона |
Рисуйте обе фазы как связанные половины одного хлоропласта: АТФ и НАДФН идут из тилакоидов в строму, АДФ и НАДФ⁺ возвращаются обратно. Схема, где цикл Кальвина выделяет кислород или световая фаза поглощает CO₂, содержит ошибку, которую стоит искать первой.
Частые вопросы о схеме цикла Кальвина
Что должно быть на подписанной схеме цикла Кальвина?
Стандартный набор: три стадии — фиксация CO₂, восстановление и регенерация — с CO₂, РуБисКО, РуБФ, 3-ФГК, АТФ, АДФ, НАДФН, НАДФ⁺ и ФГА, молекула ФГА, покидающая цикл, и число молекул на три оборота. Это рисуется по умолчанию; попросите меньше подписей — останутся только они.
Что такое фотодыхание?
Фотодыхание — это то, что происходит, когда РуБисКО присоединяет к РуБФ O₂ вместо CO₂. Получаются одна молекула 3-ФГК и одна молекула 2-фосфогликолата, который растению приходится перерабатывать через пероксисомы и митохондрии, теряя по пути CO₂ и тратя АТФ. Фотодыхание усиливается в жаркую сухую погоду; C4- и CAM-растения ограничивают его, концентрируя CO₂ вокруг РуБисКО.
Какие три стадии у цикла Кальвина?
Фиксация CO₂, восстановление и регенерация. При фиксации РуБисКО присоединяет CO₂ к РуБФ, и образуется 3-ФГК; при восстановлении АТФ и НАДФН превращают 3-ФГК в ФГА; при регенерации большая часть ФГА с затратой АТФ снова превращается в РуБФ, чтобы цикл мог принять следующую молекулу CO₂.
Где проходит цикл Кальвина?
В строме хлоропласта — жидкости вокруг тилакоидов. Световая фаза идёт на мембранах тилакоидов, поэтому образованные ею АТФ и НАДФН высвобождаются прямо там, где они нужны циклу.
Что входит в цикл Кальвина и что из него выходит?
За три оборота входят 3 CO₂, 9 АТФ и 6 НАДФН, выходят одна ФГА, 9 АДФ и 6 НАДФ⁺. АДФ и НАДФ⁺ возвращаются в световую фазу для перезарядки; из ФГА строятся глюкоза и другие вещества.
Сколько оборотов цикла Кальвина нужно для одной глюкозы?
Шесть. Каждый оборот фиксирует один атом углерода, поэтому три оборота дают одну трёхуглеродную ФГА, а шесть — две ФГА для одной шестиуглеродной глюкозы; это стоит 18 АТФ и 12 НАДФН.
Что делает РуБисКО?
РуБисКО — фермент, который фиксирует углерод: он присоединяет каждую молекулу CO₂ к молекуле РуБФ, и каждая реакция даёт две молекулы 3-ФГК. Его полное название — рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа; он работает в строме с РуБФ, которую цикл постоянно регенерирует.
Почему цикл Кальвина называют темновой фазой?
Потому что ни одна его реакция не использует свет напрямую, хотя от света он всё равно зависит. Цикл работает на АТФ и НАДФН световой фазы, которые живут лишь миллионные доли секунды. Поэтому школьное название «темновая фаза» вводит в заблуждение: цикл не идёт только ночью.
Можно ли сделать простой рисунок цикла Кальвина для младших классов?
Да: попросите простой обзор, и схема сократится до главного: углекислый газ на входе, АТФ и НАДФН как движущая сила, сахар на выходе и восстановленная исходная молекула. Пяти подписей или меньше обычно хватает для средней школы.
Как инструмент сохраняет правильный порядок стадий и молекул цикла Кальвина?
Предметные требования встроены. Каждое изображение должно следовать стандартной учебной схеме: каждая стадия на своём месте по замкнутому кругу, стадии соединены стрелками, показывающими, что входит и что выходит, каждая подпись написана точно. Перед печатью сверьте термины со своей программой; на холсте любую подпись можно исправить на месте.
Можно ли использовать схему цикла Кальвина отсюда на уроке или в статье?
Да: схемы цикла Кальвина, которые вы создаёте, принадлежат вам — для рабочих листов о фотосинтезе, слайдов по биохимии, отчётов и дипломных работ. Экспорт — до 4K в зависимости от модели.
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Инструменты
Нарисуйте свою схему цикла Кальвина
От одной строки текста до цикла Кальвина с тремя стадиями и подписанной каждой молекулой — примерно за минуту.
Начать