Fixieren, reduzieren, regenerieren — und am Ende zählen, was eine Pflanze für ihren Zucker bezahlt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus Kapitel 1 und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Wer macht was?
AFB I
Ordnen Sie jedem Stoff seine Rolle im Calvin-Zyklus zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) ist das Enzym der Fixierung. 3-PG ist noch eine Säure; erst die Reduktion mit NADPH macht daraus den Aldehyd G3P.
Die Abkürzungen verraten viel: „bisphosphat“, „Phosphoglycerat“, „Glycerinaldehyd-3-phosphat“.
Ein Stoff ist kein Molekül des Kohlenstoffgerüsts, sondern ein Enzym.
A2
Was kommt aus den Primärreaktionen?
AFB I
Nennen Sie alle Stoffe, die der Calvin-Zyklus direkt aus den Primärreaktionen bezieht.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Nur ATP und NADPH wandern von der Thylakoidmembran ins Stroma. CO₂ stammt aus der Luft, O₂ ist ein Produkt der Primärreaktionen und wird im Zyklus nicht gebraucht, NADP⁺ geht in die Gegenrichtung. Licht wirkt nur indirekt.
Die Primärreaktionen liefern Energie und Reduktionsmittel.
Zwei Stoffe sind richtig — NADP⁺ läuft in die andere Richtung.
A3
Calvins Tracer-Versuch
AFB I
Beschreiben Sie das Vorgehen von CALVIN und seinen Mitarbeitern, indem Sie die Arbeitsschritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Eine Suspension von Grünalgen wird in einem flachen Glasgefäß gleichmäßig belichtet.
2Radioaktiv markiertes Hydrogencarbonat (¹⁴C) wird eingespritzt.
3Nach wenigen Sekunden wird die Suspension in heißes Ethanol abgelassen.
4Der Extrakt wird auf Papier aufgetragen und in zwei Richtungen chromatografisch getrennt.
5Ein Röntgenfilm wird aufgelegt und zeigt die radioaktiven Flecken.
6Die markierten Stoffe werden bestimmt und der Belichtungszeit zugeordnet.
Heißes Ethanol denaturiert die Enzyme sofort — der Stoffwechsel wird auf einen Schlag „eingefroren“. Wiederholt man den Versuch mit verschieden langen Zeiten, zeigt sich die Reihenfolge, in der der Kohlenstoff durch die Stoffe wandert.
Am Anfang stehen die Algen im Licht, am Ende die Auswertung des Films.
Erst muss die Reaktion gestoppt werden, dann wird getrennt, dann sichtbar gemacht.
A4
Bilanz für Saccharose
AFB II
Saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁), der Transportzucker der Pflanze, wird aus G3P aufgebaut. Berechnen Sie, was der Calvin-Zyklus für ein Saccharose-Molekül liefern und verbrauchen muss (Syntheseschritte nach dem G3P nicht mitgerechnet).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
Anzahl G3P, die den Zyklus verlassenStück
fixierte CO₂-MoleküleStück
verbrauchtes ATPStück
verbrauchtes NADPHStück
12 C-Atome = 4 G3P zu je 3 C. Jedes entnommene G3P braucht drei Umläufe: 4 · 3 = 12 CO₂. Pro CO₂ 3 ATP und 2 NADPH: 36 ATP und 24 NADPH — genau doppelt so viel wie für eine Glucose.
Zählen Sie die C-Atome der Saccharose: Wie viele C3-Körper sind das?
Pro fixiertem CO₂: 3 ATP und 2 NADPH.
A5
Licht aus oder CO₂ weg?
AFB II
Algen, die im Licht bei ausreichend CO₂ Fotosynthese betreiben, werden entweder verdunkelt oder erhalten plötzlich kaum noch CO₂. Ordnen Sie die Beobachtungen der passenden Veränderung zu.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Licht aus
2CO₂-Entzug
Ein Stoff reichert sich an, wenn sein Verbrauch stoppt, seine Bildung aber weiterläuft. Im Dunkeln fehlen ATP und NADPH für Reduktion und Regeneration — 3-PG staut sich, RuBP wird aufgebraucht. Ohne CO₂ stoppt die Fixierung — RuBP staut sich, 3-PG wird aufgebraucht.
Fragen Sie für jeden Stoff: Welcher Schritt bildet ihn, welcher verbraucht ihn?
Licht liefert ATP und NADPH, CO₂ braucht nur die Fixierung.
A6
Zwei Zyklen im Vergleich
MixAFB II
Vergleichen Sie den Calvin-Zyklus mit dem Citratzyklus aus Kapitel 1, indem Sie den Lückentext vervollständigen — ein Wort bleibt übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Im Citratzyklus wird Kohlenstoff als CO₂ , im Calvin-Zyklus wird CO₂ . Der Citratzyklus läuft in der der Mitochondrien ab, der Calvin-Zyklus im der Chloroplasten. Im Citratzyklus wird NAD⁺ zu NADH , im Calvin-Zyklus wird NADPH zu NADP⁺ . Beide Kreisläufe bilden ihren zurück: Oxalacetat bzw. RuBP.
„Thylakoidinnenraum“ bleibt übrig — dort sammeln sich die Protonen für die ATP-Synthese (2.2.4), der Calvin-Zyklus liegt außerhalb im Stroma. Der Citratzyklus baut ab und oxidiert, der Calvin-Zyklus baut auf und reduziert.
Erinnern Sie sich an 1.2: Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA vollständig zu CO₂ abgebaut.
Oxidation = Abgabe von Elektronen: NADPH → NADP⁺.
A7
Die Kopplung verfolgen
AFB II
Erläutern Sie die Kopplung von Primär- und Sekundärreaktionen, indem Sie den Weg der Coenzyme Schritt für Schritt verfolgen.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
ADP, Pᵢ und NADP⁺ pendeln zwischen Stroma und Thylakoidmembran. Die Primärreaktionen liefern ATP und NADPH, die Sekundärreaktionen geben die „entladenen“ Formen zurück.
Oxidation eines Coenzyms: Es gibt Elektronen (und ein Proton) ab.
Wo in 2.2.4 wurde ATP gebildet?
A8
Trickaufgabe: Verbrauchtes RuBP?
AFB III
Eine Mitschülerin behauptet: „Für eine Glucose bindet Rubisco sechs CO₂ an sechs RuBP. Die Pflanze muss also für jede Glucose sechs RuBP-Moleküle neu herstellen.“ Widerlegen Sie die Aussage, indem Sie angeben, wie viele RuBP die Pflanze pro Glucose netto neu herstellen muss.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
012
Netto null: RuBP wird in der Regenerationsphase vollständig zurückgebildet. Aus den 36 C-Atomen (6 RuBP + 6 CO₂) werden 12 G3P; zwei verlassen den Zyklus, die übrigen zehn (30 C) ergeben wieder sechs RuBP. Die Falle: „verbraucht“ ist nicht „verloren“ — ein Zyklus regeneriert seinen Akzeptor.
Was passiert in der letzten Phase des Zyklus mit dem Akzeptor?
Zählen Sie die C-Atome: 6 · 5 + 6 · 1 = 36. Wie viele gehen als Glucose hinaus?
A9
Fehler im Lernzettel
AFB III
Ein Schüler hat einen Lernzettel zum Calvin-Zyklus geschrieben. Überprüfen Sie seine sechs Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler betreffen Ort, Rolle der Rubisco und die ATP-Bilanz. 18 : 12 = 3 : 2 — Zeile 6 stimmt also, Zeile 5 widerspricht ihr.
Prüfen Sie Ort, Enzymfunktion und Zahlen getrennt.
Pro CO₂: 3 ATP und 2 NADPH — rechnen Sie auf 6 CO₂ hoch.
A10
Wie effizient ist der Zyklus?
AFB III
Modellwerte (Standardbedingungen): Ein ATP liefert 30,5 kJ/mol, ein NADPH 220 kJ/mol; in einem Mol Glucose sind 2870 kJ gespeichert. Beurteilen Sie die Energieausnutzung des Calvin-Zyklus, indem Sie die Tabelle für ein Mol Glucose ausfüllen.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Größe
Wert
Energie aus 18 ATP in kJ
Energie aus 12 NADPH in kJ
eingesetzte Energie gesamt in kJ
Wirkungsgrad in %
18 · 30,5 = 549 kJ; 12 · 220 = 2640 kJ; zusammen 3189 kJ. Wirkungsgrad 2870/3189 ≈ 90 %. Der Calvin-Zyklus selbst arbeitet also sehr effizient; die großen Verluste der Fotosynthese entstehen vorher, bei der Umwandlung von Lichtenergie in ATP und NADPH. Das meiste der eingesetzten Energie stammt aus dem NADPH.
Multiplizieren Sie die Anzahl je Glucose mit der Energie je Molekül (je Mol).
Wirkungsgrad = gespeicherte Energie : eingesetzte Energie · 100 %.
