ZirkelschlagArbeitsblätter / Themen A–Z / Biologie
Lichtreaktion & Calvin-Zyklus
Biologie · Klasse 11–12 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Q3.2 Fotosynthese und Grundlagen der ZellatmungHessen: Q3.2 Fotosynthese und Grundlagen der Zellatmung
Lichtabhängige Reaktionen und Calvin-Zyklus mit ihren Bilanzen — dazu der Rf-Wert aus der Chromatografie.
Worum es geht
An der Thylakoidmembran spaltet Fotosystem II Wasser: 2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻. Die Elektronen gelangen über Fotosystem I zu NADP⁺; der Protonengradient treibt die ATP-Synthase (Chemiosmose). Im Stroma verbraucht der Calvin-Zyklus ATP und NADPH, um CO₂ mit RuBisCO an Ribulose-1,5-bisphosphat zu binden und zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) zu reduzieren.
Die Bilanzen
| Bezug | Verbrauch bzw. Bildung | Merke |
|---|---|---|
| 1 CO₂ im Calvin-Zyklus | 3 ATP, 2 NADPH | Verhältnis ATP : NADPH = 3 : 2 |
| 3 CO₂ | 9 ATP, 6 NADPH → 1 G3P netto | 5 von 6 G3P regenerieren RuBP |
| 1 Glucose | 6 CO₂, 18 ATP, 12 NADPH; 6 O₂ frei | der Sauerstoff stammt aus dem Wasser |
| nicht zyklischer Elektronentransport | 4 e⁻ je O₂, 2 e⁻ je NADPH | zyklisch: nur ATP, kein NADPH, kein O₂ |
| Chromatografie | Rf = Laufstrecke Pigment / Laufstrecke Front | Rf liegt zwischen 0 und 1 |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Eine Pflanze fixiert 15 CO₂. Wie viel ATP und NADPH verbraucht der Calvin-Zyklus, wie viel G3P entsteht netto, und wie viel O₂ wird für das NADPH frei?
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · ATP | 15 · 3 = 45 ATP | 2 für die Reduktion, 1 für die Regeneration je CO₂ |
| 2 · NADPH | 15 · 2 = 30 NADPH | je CO₂ entstehen zwei 3-Phosphoglycerat; jedes wird nach Phosphorylierung mit einem NADPH reduziert |
| 3 · G3P netto | 15 / 3 = 5 G3P | ein G3P hat drei C-Atome |
| 4 · Elektronen | 30 NADPH · 2 e⁻ = 60 e⁻ | NADP⁺ nimmt zwei Elektronen auf |
| 5 · Sauerstoff | 60 e⁻ / 4 = 15 O₂ | je O₂ werden zwei Wasser gespalten, das liefert vier Elektronen |
Der typische Fehler
Die Bezugsgröße verwechseln. »9 ATP und 6 NADPH« steht in vielen Büchern — aber für drei CO₂ und ein G3P, nicht für eine Glucose. Wer damit für Glucose rechnet, bekommt die Hälfte. Glucose hat sechs C-Atome, braucht also sechs CO₂: 18 ATP und 12 NADPH.
So prüfst du dein Ergebnis
Kohlenstoff zählen. Die Zahl der CO₂ muss der Zahl der C-Atome im Produkt entsprechen. ATP und NADPH stehen immer im Verhältnis 3 : 2. Beim nicht zyklischen Transport entsteht je fixiertem CO₂ ein O₂ — so auch die Bruttogleichung.