प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया: बच्चों के लिए संक्षिप्त और समझने योग्य। प्रकाश संश्लेषण: प्रकाश और अंधेरे चरण। प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था कहाँ होती है ? प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था के दौरान का निर्माण होता है

प्रश्न 1. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में प्रति वर्ष पृथ्वी के 4 अरब निवासियों में से प्रत्येक में कितना ग्लूकोज संश्लेषित होता है?
यदि हम इस बात को ध्यान में रखते हैं कि ग्रह की सभी वनस्पतियाँ प्रति वर्ष लगभग 130,000 मिलियन टन शर्करा का उत्पादन करती हैं, तो पृथ्वी के एक निवासी (यह मानते हुए कि पृथ्वी की जनसंख्या 4 बिलियन निवासी है) के लिए वे 32.5 मिलियन टन ( 130,000 / 4 \u003d 32.5) ।

प्रश्न 2. प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन कहाँ से आती है?
प्रकाश संश्लेषण के दौरान वायुमंडल में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन फोटोलिसिस प्रतिक्रिया के दौरान बनती है - सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा (2H 2 O + प्रकाश ऊर्जा \u003d 2H 2 + O 2) की क्रिया के तहत पानी का अपघटन।

प्रश्न 3. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था का क्या अर्थ है; अंधेरा चरण?
प्रकाश संश्लेषण- सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा के प्रभाव में अकार्बनिक से कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण की प्रक्रिया है।
पादप कोशिकाओं में प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में होता है। सारांश सूत्र:
6CO 2 + 6H 2 O + प्रकाश ऊर्जा \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण केवल प्रकाश में होता है: प्रकाश की एक मात्रा थायलाकोइड झिल्ली में पड़े क्लोरोफिल अणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालती है; नॉक-आउट इलेक्ट्रॉन या तो वापस लौटता है, या एक दूसरे को ऑक्सीकरण करने वाले एंजाइमों की श्रृंखला में प्रवेश करता है। एंजाइमों की एक श्रृंखला एक इलेक्ट्रॉन को थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी हिस्से में एक इलेक्ट्रॉन वाहक में स्थानांतरित करती है। झिल्ली बाहर से ऋणात्मक रूप से आवेशित होती है। झिल्ली के केंद्र में स्थित एक धनावेशित क्लोरोफिल अणु झिल्ली के भीतरी भाग में स्थित मैंगनीज आयनों वाले एंजाइमों का ऑक्सीकरण करता है। ये एंजाइम पानी के फोटोलिसिस की प्रतिक्रियाओं में शामिल होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एच + बनता है; थायलाकोइड झिल्ली की आंतरिक सतह पर हाइड्रोजन प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं, और इस सतह पर एक सकारात्मक चार्ज दिखाई देता है। जब थायलाकोइड झिल्ली में संभावित अंतर 200 एमवी तक पहुंच जाता है, तो प्रोटॉन एटीपी सिंथेटेस चैनल के माध्यम से छोड़ना शुरू कर देते हैं। एटीपी संश्लेषित होता है।
अंधेरे चरण में, ग्लूकोज को सीओ 2 से संश्लेषित किया जाता है और एटीपी की ऊर्जा के कारण वाहक से जुड़े परमाणु हाइड्रोजन एंजाइम सिस्टम पर क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में ग्लूकोज को संश्लेषित किया जाता है। डार्क स्टेज की कुल प्रतिक्रिया:
6CO 2 + 24H \u003d C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O।
प्रकाश संश्लेषण बहुत उत्पादक है, लेकिन पत्ती क्लोरोप्लास्ट इस प्रक्रिया में भाग लेने के लिए 10,000 में से केवल 1 मात्रा में प्रकाश ग्रहण करते हैं। फिर भी, यह एक हरे पौधे के लिए 1 मीटर 2 की पत्ती की सतह से प्रति घंटे 1 ग्राम ग्लूकोज को संश्लेषित करने के लिए पर्याप्त है।

प्रश्न 4. उच्च पौधों के लिए मिट्टी में रसायन संश्लेषी जीवाणु का होना क्यों आवश्यक है?
सामान्य वृद्धि और विकास के लिए, पौधों को खनिज लवणों की आवश्यकता होती है जिनमें नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम जैसे तत्व होते हैं। कोशिका में होने वाली रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा की कीमत पर अकार्बनिक से कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित करने में सक्षम बैक्टीरिया की कई प्रजातियां कीमोट्रोफ हैं। जीवाणु द्वारा ग्रहण किए गए पदार्थ ऑक्सीकृत हो जाते हैं, और परिणामी ऊर्जा का उपयोग CO2 और H2O से जटिल कार्बनिक अणुओं को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया को केमोसिंथेसिस कहा जाता है।
रसायन संश्लेषक जीवों का सबसे महत्वपूर्ण समूह नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया हैं। उनकी खोज करते हुए, एस.एन. 1887 में विनोग्रैडस्की ने इस प्रक्रिया की खोज की chemosynthesis. मिट्टी में रहने वाले नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया, कार्बनिक अवशेषों के क्षय के दौरान बनने वाले अमोनिया को नाइट्रस एसिड में ऑक्सीकृत करते हैं:
2MN 3 + ZO 2 \u003d 2HNO 2 + 2H 2 O + 635 kJ।
फिर इस समूह की अन्य प्रजातियों के जीवाणु नाइट्रस अम्ल को नाइट्रिक अम्ल में ऑक्सीकृत कर देते हैं:
2НNO 2 + 2 = 2НNO 3 + 151.1 kJ।
मिट्टी के खनिज पदार्थों के साथ क्रिया करके, नाइट्रस और नाइट्रिक एसिड लवण बनाते हैं, जो उच्च पौधों के खनिज पोषण के सबसे महत्वपूर्ण घटक हैं। मिट्टी में अन्य प्रकार के जीवाणुओं की क्रिया के तहत फॉस्फेट का निर्माण होता है, जिसका उपयोग उच्च पौधों द्वारा भी किया जाता है।
इस प्रकार, chemosynthesis - यह कोशिका में होने वाली रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा के कारण अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण की प्रक्रिया है।

- प्रकाश ऊर्जा के अनिवार्य उपयोग के साथ कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण:

6CO 2 + 6H 2 O + Q प्रकाश → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

उच्च पौधों में, प्रकाश संश्लेषण का अंग पत्ती है, प्रकाश संश्लेषण के अंग क्लोरोप्लास्ट हैं (क्लोरोप्लास्ट की संरचना व्याख्यान संख्या 7 है)। क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश संश्लेषक वर्णक होते हैं: क्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड। क्लोरोफिल कई प्रकार के होते हैं ( ऐ बी सी डी), मुख्य एक क्लोरोफिल है ए. क्लोरोफिल अणु में, केंद्र में एक मैग्नीशियम परमाणु के साथ एक पोर्फिरिन "सिर" और एक फाइटोल "पूंछ" को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। पोर्फिरिन "सिर" एक सपाट संरचना है, हाइड्रोफिलिक है, और इसलिए झिल्ली की सतह पर स्थित है जो स्ट्रोमा के जलीय वातावरण का सामना करती है। फाइटोल "पूंछ" हाइड्रोफोबिक है और इस प्रकार झिल्ली में क्लोरोफिल अणु रखता है।

क्लोरोफिल लाल और नीले-बैंगनी प्रकाश को अवशोषित करता है, हरे रंग को दर्शाता है और इसलिए पौधों को उनका विशिष्ट हरा रंग देता है। थायलाकोइड झिल्लियों में क्लोरोफिल अणुओं को व्यवस्थित किया जाता है फोटो सिस्टम. पौधे और नीले-हरे शैवाल में फोटोसिस्टम -1 और फोटोसिस्टम -2 होते हैं; प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया में फोटोसिस्टम -1 होता है। केवल फोटोसिस्टम-2 ही ऑक्सीजन की रिहाई के साथ पानी को विघटित कर सकता है और पानी के हाइड्रोजन से इलेक्ट्रॉन ले सकता है।

प्रकाश संश्लेषण एक जटिल बहु-चरणीय प्रक्रिया है; प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं को दो समूहों में बांटा गया है: प्रतिक्रियाएं प्रकाश चरणऔर प्रतिक्रियाएं काला चरण.

प्रकाश चरण

यह चरण केवल क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन वाहक प्रोटीन और एंजाइम एटीपी सिंथेटेस की भागीदारी के साथ थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश की उपस्थिति में होता है। एक प्रकाश क्वांटम की क्रिया के तहत, क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं, अणु को छोड़कर थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी हिस्से में प्रवेश करते हैं, जो अंततः नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। ऑक्सीडाइज्ड क्लोरोफिल अणुओं को इंट्राथिलकोइड स्पेस में स्थित पानी से इलेक्ट्रॉनों को लेकर बहाल किया जाता है। इससे पानी का अपघटन या प्रकाश-अपघटन होता है:

एच 2 ओ + क्यू लाइट → एच + + ओएच -।

हाइड्रॉक्सिल आयन अपने इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं, प्रतिक्रियाशील मूलकों में बदल जाते हैं।

ओएच - →। ओएच + ई -।

Radicals.OH पानी और मुक्त ऑक्सीजन बनाने के लिए गठबंधन करते हैं:

4एनओ। → 2एच 2 ओ + ओ 2.

इस मामले में, ऑक्सीजन को बाहरी वातावरण में हटा दिया जाता है, और प्रोटॉन "प्रोटॉन जलाशय" में थायलाकोइड के अंदर जमा हो जाते हैं। नतीजतन, थायलाकोइड झिल्ली, एक तरफ, एच + के कारण सकारात्मक रूप से चार्ज होती है, दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉनों के कारण नकारात्मक रूप से। जब थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी और आंतरिक पक्षों के बीच संभावित अंतर 200 एमवी तक पहुंच जाता है, तो एटीपी सिंथेटेस के चैनलों के माध्यम से प्रोटॉन को धक्का दिया जाता है और एडीपी को एटीपी में फॉस्फोराइलेट किया जाता है; परमाणु हाइड्रोजन का उपयोग विशिष्ट वाहक NADP + (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) को NADP H 2 में पुनर्स्थापित करने के लिए किया जाता है:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

इस प्रकार, प्रकाश चरण में पानी का प्रकाश-अपघटन होता है, जो तीन प्रमुख प्रक्रियाओं के साथ होता है: 1) एटीपी संश्लेषण; 2) NADP·H 2 का गठन; 3) ऑक्सीजन का निर्माण। ऑक्सीजन वायुमंडल में फैलती है, एटीपी और एनएडीपी · एच 2 को क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में ले जाया जाता है और अंधेरे चरण की प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं।

1 - क्लोरोप्लास्ट का स्ट्रोमा; 2 - ग्रेना थायलाकोइड।

काला चरण

यह चरण क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है। इसकी प्रतिक्रियाओं के लिए प्रकाश की ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे न केवल प्रकाश में, बल्कि अंधेरे में भी होती हैं। अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं कार्बन डाइऑक्साइड (हवा से आती हैं) के क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला है, जिससे ग्लूकोज और अन्य कार्बनिक पदार्थों का निर्माण होता है।

इस श्रृंखला में पहली प्रतिक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड निर्धारण है; कार्बन डाइऑक्साइड स्वीकर्ता एक पाँच कार्बन चीनी है राइबुलोज बिस्फोस्फेट(आरआईबीएफ); एंजाइम प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करता है राइबुलोज बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज(आरआईबीपी-कार्बोक्सिलेज)। राइबुलोज बिसफॉस्फेट के कार्बोक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, एक अस्थिर छह-कार्बन यौगिक बनता है, जो तुरंत दो अणुओं में विघटित हो जाता है। फॉस्फोग्लिसरिक एसिड(एफजीके)। फिर प्रतिक्रियाओं का एक चक्र होता है जिसमें मध्यवर्ती उत्पादों की एक श्रृंखला के माध्यम से, फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है। ये अभिक्रियाएँ प्रकाश प्रावस्था में निर्मित ATP और NADP·H 2 की ऊर्जाओं का उपयोग करती हैं; इन प्रतिक्रियाओं के चक्र को केल्विन चक्र कहा जाता है:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान ग्लूकोज के अलावा, जटिल कार्बनिक यौगिकों के अन्य मोनोमर बनते हैं - अमीनो एसिड, ग्लिसरॉल और फैटी एसिड, न्यूक्लियोटाइड। वर्तमान में, प्रकाश संश्लेषण दो प्रकार के होते हैं: C3 - और C4 -प्रकाश संश्लेषण।

सी 3-प्रकाश संश्लेषण

यह एक प्रकार का प्रकाश संश्लेषण है जिसमें तीन कार्बन (C3) यौगिक प्रथम उत्पाद हैं। C3-प्रकाश संश्लेषण की खोज C4-प्रकाश संश्लेषण (M. Calvin) से पहले की गई थी। यह सी 3-प्रकाश संश्लेषण है जिसका वर्णन "डार्क फेज" शीर्षक के तहत ऊपर किया गया है। सी 3 प्रकाश संश्लेषण की विशेषता विशेषताएं: 1) आरआईबीपी कार्बन डाइऑक्साइड का एक स्वीकर्ता है, 2) आरआईबीपी कार्बोक्सिलेज आरआईबीपी कार्बोक्साइलेशन प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, 3) आरआईबीपी कार्बोक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, एक छह-कार्बन यौगिक बनता है, जो दो एफएचए में विघटित हो जाता है। एफएचए को बहाल कर दिया गया है ट्रायोज़ फॉस्फेट(टीएफ)। TF के भाग का उपयोग RiBP के पुनर्जनन के लिए किया जाता है, भाग को ग्लूकोज में परिवर्तित किया जाता है।

1 - क्लोरोप्लास्ट; 2 - पेरॉक्सिसोम; 3 - माइटोकॉन्ड्रिया।

यह ऑक्सीजन का प्रकाश-निर्भर अवशोषण और कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई है। पिछली शताब्दी की शुरुआत में भी, यह पाया गया था कि ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण को रोकता है। जैसा कि यह निकला, न केवल कार्बन डाइऑक्साइड, बल्कि ऑक्सीजन भी RiBP कार्बोक्सिलेज के लिए एक सब्सट्रेट हो सकता है:

ओ 2 + आरआईबीपी → फॉस्फोग्लाइकोलेट (2С) + एफएचए (3С)।

एंजाइम को RiBP-oxygenase कहा जाता है। ऑक्सीजन कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण का एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक है। फॉस्फेट समूह को हटा दिया जाता है और फॉस्फोग्लाइकोलेट ग्लाइकोलेट बन जाता है, जिसका पौधे को उपयोग करना चाहिए। यह पेरोक्सिसोम में प्रवेश करता है, जहां यह ग्लाइसीन में ऑक्सीकृत हो जाता है। ग्लाइसीन माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करता है, जहां इसे सेरीन में ऑक्सीकृत किया जाता है, सीओ 2 के रूप में पहले से ही निश्चित कार्बन के नुकसान के साथ। नतीजतन, ग्लाइकोलेट (2C + 2C) के दो अणु एक FHA (3C) और CO 2 में परिवर्तित हो जाते हैं। प्रकाश श्वसन से सी 3-पौधों की उपज में 30-40% की कमी आती है ( सी 3-पौधे- पौधे जो सी 3-प्रकाश संश्लेषण द्वारा विशेषता हैं)।

सी 4-प्रकाश संश्लेषण - प्रकाश संश्लेषण, जिसमें पहला उत्पाद चार कार्बन (सी 4) यौगिक है। 1965 में, यह पाया गया कि कुछ पौधों (गन्ना, मक्का, ज्वार, बाजरा) में प्रकाश संश्लेषण के पहले उत्पाद चार कार्बन एसिड होते हैं। ऐसे पौधों को कहा जाता है 4 पौधों के साथ. 1966 में, ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों हैच और स्लैक ने दिखाया कि सी 4 पौधों में व्यावहारिक रूप से कोई प्रकाश श्वसन नहीं होता है और कार्बन डाइऑक्साइड को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं। C4 पौधों में कार्बन परिवर्तन के मार्ग को कहा जाने लगा द्वारा हैच-स्लैक.

सी 4 पौधों को पत्ती की एक विशेष शारीरिक संरचना की विशेषता है। सभी संवाहक बंडल कोशिकाओं की एक दोहरी परत से घिरे होते हैं: बाहरी एक मेसोफिल कोशिकाएं होती हैं, आंतरिक एक अस्तर कोशिकाएं होती हैं। मेसोफिल कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में कार्बन डाइऑक्साइड स्थिर होता है, स्वीकर्ता है फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरूवेट(पीईपी, 3सी), पीईपी कार्बोक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, ऑक्सालोसेटेट (4सी) बनता है। प्रक्रिया उत्प्रेरित है पीईपी कार्बोक्सिलेज. RiBP कार्बोक्सिलेज के विपरीत, PEP कार्बोक्सिलेज में CO 2 के लिए एक उच्च आत्मीयता है और, सबसे महत्वपूर्ण बात, O 2 के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है। मेसोफिल क्लोरोप्लास्ट में, कई ग्रैनी होते हैं, जहां प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाएं सक्रिय रूप से हो रही हैं। म्यान कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में, अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं होती हैं।

ऑक्सालोसेटेट (4C) को मैलेट में बदल दिया जाता है, जिसे प्लास्मोडेसमाटा के माध्यम से अस्तर कोशिकाओं तक पहुँचाया जाता है। यहाँ यह डीकार्बोक्सिलेटेड और निर्जलित होकर पाइरूवेट, CO2 और NADP·H 2 बनाता है।

पाइरूवेट मेसोफिल कोशिकाओं में लौटता है और पीईपी में एटीपी ऊर्जा की कीमत पर पुन: उत्पन्न होता है। सीओ 2 फिर से एफएचए के गठन के साथ आरआईबीपी कार्बोक्सिलेज द्वारा तय किया गया है। पीईपी के पुनर्जनन के लिए एटीपी की ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए सी 3 प्रकाश संश्लेषण की तुलना में लगभग दोगुनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण का महत्व

प्रकाश संश्लेषण के लिए धन्यवाद, हर साल अरबों टन कार्बन डाइऑक्साइड वायुमंडल से अवशोषित होती है, अरबों टन ऑक्सीजन निकलती है; प्रकाश संश्लेषण कार्बनिक पदार्थों के निर्माण का मुख्य स्रोत है। ओजोन परत ऑक्सीजन से बनती है, जो जीवित जीवों को शॉर्ट-वेव पराबैंगनी विकिरण से बचाती है।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान, एक हरी पत्ती उस पर पड़ने वाली सौर ऊर्जा का केवल 1% उपयोग करती है, उत्पादकता लगभग 1 ग्राम कार्बनिक पदार्थ प्रति 1 मीटर 2 सतह प्रति घंटे है।

chemosynthesis

कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक यौगिकों का संश्लेषण, प्रकाश ऊर्जा की कीमत पर नहीं, बल्कि अकार्बनिक पदार्थों की ऑक्सीकरण ऊर्जा की कीमत पर किया जाता है, कहलाता है chemosynthesis. केमोसिंथेटिक जीवों में कुछ प्रकार के बैक्टीरिया शामिल होते हैं।

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरियाअमोनिया को नाइट्रस में और फिर नाइट्रिक एसिड (एनएच 3 → एचएनओ 2 → एचएनओ 3) में ऑक्सीकरण करें।

आयरन बैक्टीरियालौह लौह को ऑक्साइड में परिवर्तित करें (Fe 2+ → Fe 3+)।

सल्फर बैक्टीरियाहाइड्रोजन सल्फाइड को सल्फर या सल्फ्यूरिक एसिड (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4) में ऑक्सीकृत करें।

अकार्बनिक पदार्थों की ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ऊर्जा निकलती है, जो बैक्टीरिया द्वारा एटीपी के उच्च-ऊर्जा बांड के रूप में संग्रहीत होती है। एटीपी का उपयोग कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के लिए किया जाता है, जो प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाओं के समान होता है।

केमोसिंथेटिक बैक्टीरिया मिट्टी में खनिजों के संचय में योगदान करते हैं, मिट्टी की उर्वरता में सुधार करते हैं, अपशिष्ट जल उपचार को बढ़ावा देते हैं, आदि।

के लिए जाओ व्याख्यान №11"चयापचय की अवधारणा। प्रोटीन का जैवसंश्लेषण"

के लिए जाओ व्याख्यान №13"यूकेरियोटिक कोशिकाओं के विभाजन के तरीके: समसूत्रण, अर्धसूत्रीविभाजन, अमिटोसिस"

विषय प्रकाश संश्लेषण के 3 चरण

धारा 3 प्रकाश संश्लेषण

1. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था

2. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

3. प्रकाश संश्लेषण के दौरान CO2 को स्थिर करने के तरीके

4. फोटोरेस्पिरेशन

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण का सार उज्ज्वल ऊर्जा का अवशोषण और अंधेरे प्रतिक्रियाओं में कार्बन की कमी के लिए आवश्यक एक आत्मसात बल (एटीपी और एनएडीपी-एच) में इसका परिवर्तन है। प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रियाओं की जटिलता के लिए उनके सख्त झिल्ली संगठन की आवश्यकता होती है। प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण क्लोरोप्लास्ट के दानों में होता है।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषक झिल्ली एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया करता है: यह अवशोषित प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा को एनएडीपी-एच की रेडॉक्स क्षमता में और एटीपी अणु में फॉस्फोरिल समूह के हस्तांतरण की प्रतिक्रिया क्षमता में परिवर्तित करता है। इस मामले में, ऊर्जा अपने अति अल्पजीवी रूप से एक ऐसे रूप में परिवर्तित हो जाता है जो काफी दीर्घजीवी होता है। स्थिर ऊर्जा का उपयोग बाद में प्लांट सेल की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड की कमी भी शामिल है।

क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्लियों में पांच प्रमुख पॉलीपेप्टाइड कॉम्प्लेक्स अंतर्निहित होते हैं: फोटोसिस्टम कॉम्प्लेक्स I (PS I), फोटोसिस्टम कॉम्प्लेक्स II (PSII), लाइट-हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स II (CCII), साइटोक्रोम b 6 f-कॉम्प्लेक्सऔर एटीपी सिंथेज़ (सीएफ 0 - सीएफ 1 कॉम्प्लेक्स)। PSI, PSII और CCKII परिसरों में वर्णक (क्लोरोफिल, कैरोटेनॉइड) होते हैं, जिनमें से अधिकांश ऐन्टेना वर्णक के रूप में कार्य करते हैं जो PSI और PSII प्रतिक्रिया केंद्रों के वर्णक के लिए ऊर्जा एकत्र करते हैं। पीएसआई और पीएसआईआई कॉम्प्लेक्स, साथ ही साइटोक्रोम बी 6 एफ-कॉम्प्लेक्स में रेडॉक्स कॉफ़ैक्टर्स होते हैं और प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन में शामिल होते हैं। इन परिसरों के प्रोटीन में हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड की एक उच्च सामग्री होती है, जो झिल्ली में उनके समावेश को सुनिश्चित करती है। एटीपी सिंथेज़ ( CF0 - CF1-कॉम्प्लेक्स) एटीपी के संश्लेषण को अंजाम देता है। बड़े पॉलीपेप्टाइड परिसरों के अलावा, थायलाकोइड झिल्ली में छोटे प्रोटीन घटक होते हैं - प्लास्टोसायनिन, फेरेडॉक्सिनऔर फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी-ऑक्सीडोरक्टेज,झिल्ली की सतह पर स्थित है। वे प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली का हिस्सा हैं।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चक्र में निम्नलिखित प्रक्रियाएँ होती हैं: 1) प्रकाश संश्लेषक वर्णक के अणुओं का प्रकाश-उत्तेजना; 2) ऐन्टेना से प्रतिक्रिया केंद्र में ऊर्जा प्रवासन; 3) पानी के अणु का फोटोऑक्सीडेशन और ऑक्सीजन की रिहाई; 4) एनएडीपी का एनएडीपी-एच में फोटोरिडक्शन; 5) प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण, एटीपी का निर्माण।

क्लोरोप्लास्ट वर्णक कार्यात्मक परिसरों में संयुक्त होते हैं - वर्णक प्रणाली जिसमें प्रतिक्रिया केंद्र क्लोरोफिल होता है ए,प्रकाश-संवेदीकरण करना, प्रकाश-संचयन वर्णक युक्त एक एंटीना के साथ ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाओं से जुड़ा है। उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक योजना में दो अलग-अलग फोटो सिस्टम की भागीदारी के साथ किए गए दो फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। उनके अस्तित्व के बारे में धारणा 1957 में आर. इमर्सन द्वारा कम-तरंग दैर्ध्य किरणों (650 एनएम) के साथ संयुक्त रोशनी द्वारा लंबी-तरंग दैर्ध्य लाल रोशनी (700 एनएम) की क्रिया को बढ़ाने के प्रभाव के आधार पर बनाई गई थी। इसके बाद, यह पाया गया कि फोटोसिस्टम II पीएसआई की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है। प्रकाश संश्लेषण तभी कुशल होता है जब वे एक साथ काम करते हैं, जो इमर्सन प्रवर्धन प्रभाव की व्याख्या करता है।

PSI में प्रतिक्रिया केंद्र के रूप में क्लोरोफिल डिमर होता है एसीप्रकाश का अधिकतम अवशोषण 700 एनएम (पी 700), साथ ही क्लोरोफिल ए 675-695, एक एंटीना घटक की भूमिका निभा रहा है। इस प्रणाली में प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता क्लोरोफिल का मोनोमेरिक रूप है ए 695, द्वितीयक स्वीकर्ता आयरन-सल्फर प्रोटीन (-FeS) हैं। प्रकाश की क्रिया के तहत FSI कॉम्प्लेक्स आयरन युक्त प्रोटीन - फेर्रेडॉक्सिन (Fd) को पुनर्स्थापित करता है और कॉपर युक्त प्रोटीन - प्लास्टोसायनिन (Pc) का ऑक्सीकरण करता है।

PSII में क्लोरोफिल युक्त एक प्रतिक्रिया केंद्र शामिल है ए(पी 680) और एंटीना रंगद्रव्य - क्लोरोफिल ए 670-683। प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता फियोफाइटिन (Pf) है, जो प्लास्टोक्विनोन को इलेक्ट्रॉनों का दान करता है। पीएसआईआई में एस-सिस्टम का प्रोटीन कॉम्प्लेक्स भी शामिल है, जो पानी का ऑक्सीकरण करता है, और इलेक्ट्रॉन वाहक जेड। यह जटिल मैंगनीज, क्लोरीन और मैग्नीशियम की भागीदारी के साथ कार्य करता है। पीएसआईआई प्लास्टोक्विनोन (पीक्यू) को कम करता है और ओ 2 और प्रोटॉन की रिहाई के साथ पानी का ऑक्सीकरण करता है।

पीएसआईआई और एफएसआई के बीच जोड़ने वाली कड़ी प्लास्टोक्विनोन फंड है, प्रोटीन साइटोक्रोम कॉम्प्लेक्स बी 6 एफऔर प्लास्टोसायनिन।

पादप क्लोरोप्लास्ट में, प्रत्येक प्रतिक्रिया केंद्र में लगभग 300 वर्णक अणु होते हैं, जो एंटीना या प्रकाश-संचयन परिसरों का हिस्सा होते हैं। क्लोरोप्लास्ट लैमेला से पृथक क्लोरोफिल युक्त प्रकाश-संचयन प्रोटीन परिसर एऔर बीऔर कैरोटेनॉयड्स (सीसीके), पीएस के साथ निकटता से जुड़े हुए हैं, और एंटीना कॉम्प्लेक्स जो सीधे पीएसआई और पीएसआईआई (फोटो सिस्टम के एंटीना घटकों पर ध्यान केंद्रित करते हैं) का हिस्सा हैं। आधा थायलाकोइड प्रोटीन और लगभग 60% क्लोरोफिल सीएससी में स्थानीयकृत हैं। प्रत्येक एसएससी में 120 से 240 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

PS1 एंटीना प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में 110 क्लोरोफिल अणु होते हैं एएक पी 700 . के लिए 680-695 , इनमें से 60 अणु एंटीना परिसर के घटक हैं, जिन्हें एसएससी पीएसआई माना जा सकता है। FSI एंटीना कॉम्प्लेक्स में b-कैरोटीन भी होता है।

PSII एंटीना प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में 40 क्लोरोफिल अणु होते हैं एपी 680 और बी-कैरोटीन प्रति 670-683 एनएम के अधिकतम अवशोषण के साथ।

एंटीना परिसरों के क्रोमोप्रोटीन में फोटोकैमिकल गतिविधि नहीं होती है। उनकी भूमिका पी 700 और पी 680 प्रतिक्रिया केंद्रों के अणुओं की एक छोटी संख्या में क्वांटा की ऊर्जा को अवशोषित और स्थानांतरित करना है, जिनमें से प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से जुड़ा हुआ है और एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया करता है। सभी क्लोरोफिल अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) का संगठन तर्कहीन है, क्योंकि सीधे सूर्य के प्रकाश में भी, प्रकाश क्वांटा एक वर्णक अणु को हर 0.1 सेकंड में एक बार से अधिक नहीं मारता है।

ऊर्जा के अवशोषण, भंडारण और प्रवास की प्रक्रियाओं के भौतिक तंत्रक्लोरोफिल अणुओं का अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है। फोटॉन अवशोषण(एचν) प्रणाली के विभिन्न ऊर्जा राज्यों में संक्रमण के कारण है। एक अणु में, एक परमाणु के विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक, कंपन और घूर्णी गति संभव है, और एक अणु की कुल ऊर्जा इस प्रकार की ऊर्जाओं के योग के बराबर होती है। एक अवशोषित प्रणाली की ऊर्जा का मुख्य संकेतक इसकी इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा का स्तर है, जो कक्षा में बाहरी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से निर्धारित होता है। पाउली सिद्धांत के अनुसार, विपरीत दिशा में घूमने वाले दो इलेक्ट्रॉन बाहरी कक्षा में होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप युग्मित इलेक्ट्रॉनों की एक स्थिर प्रणाली बनती है। प्रकाश ऊर्जा का अवशोषण इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में अवशोषित ऊर्जा के भंडारण के साथ एक इलेक्ट्रॉन के उच्च कक्षा में संक्रमण के साथ होता है। अवशोषण प्रणाली की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता अवशोषण की चयनात्मकता है, जो अणु के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास द्वारा निर्धारित की जाती है। एक जटिल कार्बनिक अणु में मुक्त कक्षाओं का एक निश्चित समूह होता है जिसमें प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते समय एक इलेक्ट्रॉन गुजर सकता है। बोहर के "आवृत्ति नियम" के अनुसार, अवशोषित या उत्सर्जित विकिरण v की आवृत्ति को स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप होना चाहिए:

\u003d (ई 2 - ई 1) / एच,

जहाँ h प्लैंक नियतांक है।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण एक विशिष्ट अवशोषण बैंड से मेल खाता है। इस प्रकार, अणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना इलेक्ट्रॉनिक-कंपन स्पेक्ट्रा के चरित्र को निर्धारित करती है।

अवशोषित ऊर्जा भंडारणरंगद्रव्य के इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित राज्यों की उपस्थिति के साथ जुड़ा हुआ है। Mg-porphyrins की उत्तेजित अवस्थाओं की भौतिक नियमितताओं को इन पिगमेंट (आकृति) के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों की योजना के विश्लेषण के आधार पर माना जा सकता है।

दो मुख्य प्रकार की उत्तेजित अवस्थाएँ होती हैं - सिंगलेट और ट्रिपलेट। वे ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन स्पिन अवस्था में भिन्न होते हैं। उत्तेजित सिंगलेट अवस्था में, इलेक्ट्रॉन जमीन पर घूमता है और उत्तेजित स्तर एंटीपैरलल रहता है; ट्रिपल अवस्था में संक्रमण होने पर, उत्तेजित इलेक्ट्रॉन स्पिन एक द्विवार्षिक प्रणाली बनाने के लिए घूमता है। जब एक फोटॉन को अवशोषित किया जाता है, तो क्लोरोफिल अणु जमीन (S 0) से एक उत्तेजित एकल अवस्था - S 1 या S 2 में से गुजरता है। , जो एक उच्च ऊर्जा के साथ एक उत्तेजित स्तर पर इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के साथ होता है। उत्तेजित अवस्था S2 बहुत अस्थिर है। इलेक्ट्रॉन जल्दी से (10 -12 सेकंड के भीतर) अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा गर्मी के रूप में खो देता है और निचले कंपन स्तर S 1 पर उतर जाता है, जहां यह 10 -9 s तक रह सकता है। S 1 अवस्था में, इलेक्ट्रॉन के स्पिन को उलटा किया जा सकता है और त्रिक अवस्था T 1 में संक्रमण हो सकता है, जिसकी ऊर्जा S 1 से कम होती है। .

उत्तेजित अवस्थाओं को निष्क्रिय करने के कई तरीके हैं:

सिस्टम के जमीनी अवस्था (प्रतिदीप्ति या स्फुरदीप्ति) में संक्रमण के साथ फोटॉन उत्सर्जन;

दूसरे अणु में ऊर्जा का स्थानांतरण

प्रकाश-रासायनिक अभिक्रिया में उत्तेजन ऊर्जा का उपयोग।

ऊर्जा प्रवासनवर्णक अणुओं के बीच निम्नलिखित तंत्रों द्वारा किया जा सकता है। आगमनात्मक अनुनाद तंत्र(फॉस्टर मैकेनिज्म) इस शर्त के तहत संभव है कि इलेक्ट्रॉन संक्रमण को वैकल्पिक रूप से अनुमति दी जाती है और ऊर्जा विनिमय के अनुसार किया जाता है उत्तेजना तंत्र।"एक्सिटॉन" शब्द का अर्थ एक अणु की इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अवस्था है, जहां उत्तेजित इलेक्ट्रॉन वर्णक अणु से बंधा रहता है और आवेश पृथक्करण नहीं होता है। एक उत्तेजित वर्णक अणु से दूसरे अणु में ऊर्जा का स्थानांतरण उत्तेजना ऊर्जा के गैर-विकिरणीय हस्तांतरण द्वारा किया जाता है। एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉन एक दोलनशील द्विध्रुव होता है। परिणामी प्रत्यावर्ती विद्युत क्षेत्र प्रतिध्वनि (जमीन और उत्तेजित स्तरों के बीच ऊर्जा समानता) और प्रेरण स्थितियों के तहत एक अन्य वर्णक अणु में एक इलेक्ट्रॉन के समान दोलनों का कारण बन सकता है जो अणुओं के बीच पर्याप्त रूप से मजबूत बातचीत निर्धारित करते हैं (10 से अधिक नहीं की दूरी) एनएम)।

टेरेनिन-डेक्सटर ऊर्जा प्रवासन का विनिमय-अनुनाद तंत्रतब होता है जब संक्रमण वैकल्पिक रूप से निषिद्ध होता है और वर्णक के उत्तेजित होने पर कोई द्विध्रुव नहीं बनता है। इसके कार्यान्वयन के लिए अतिव्यापी बाहरी कक्षकों के साथ अणुओं (लगभग 1 एनएम) के निकट संपर्क की आवश्यकता होती है। इन शर्तों के तहत, सिंगलेट और ट्रिपल दोनों स्तरों पर स्थित इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान संभव है।

फोटोकैमिस्ट्री में की अवधारणा है क्वांटम खपतप्रक्रिया। प्रकाश संश्लेषण के संबंध में, प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता का यह संकेतक दर्शाता है कि एक O 2 अणु को मुक्त करने के लिए प्रकाश के कितने फोटॉन अवशोषित होते हैं। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एक फोटोएक्टिव पदार्थ का प्रत्येक अणु एक समय में केवल एक मात्रा में प्रकाश को अवशोषित करता है। यह ऊर्जा प्रकाश सक्रिय पदार्थ के अणु में कुछ परिवर्तन करने के लिए पर्याप्त है।

क्वांटम प्रवाह के पारस्परिक को कहा जाता है आंशिक प्राप्ति: प्रकाश की मात्रा में मुक्त ऑक्सीजन अणुओं या अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं की संख्या। यह सूचक एक से कम है। इसलिए, यदि एक CO2 अणु के आत्मसात करने पर 8 प्रकाश क्वांटा खर्च किए जाते हैं, तो क्वांटम उपज 0.125 है।

प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की संरचना और इसके घटकों की विशेषताएं।प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में क्लोरोप्लास्ट की झिल्ली संरचनाओं में स्थित काफी बड़ी संख्या में घटक शामिल होते हैं। क्विनोन को छोड़कर लगभग सभी घटक प्रोटीन होते हैं जिनमें कार्यात्मक समूह होते हैं जो प्रतिवर्ती रेडॉक्स परिवर्तनों में सक्षम होते हैं और प्रोटॉन के साथ इलेक्ट्रॉन या इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करते हैं। कई ईटीसी वाहक में धातु (लोहा, तांबा, मैंगनीज) शामिल हैं। यौगिकों के निम्नलिखित समूहों को प्रकाश संश्लेषण में इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के सबसे महत्वपूर्ण घटकों के रूप में नोट किया जा सकता है: साइटोक्रोम, क्विनोन, पाइरीडीन न्यूक्लियोटाइड, फ्लेवोप्रोटीन, साथ ही लौह प्रोटीन, तांबा प्रोटीन और मैंगनीज प्रोटीन। ईटीसी में इन समूहों का स्थान प्राथमिक रूप से उनकी रेडॉक्स क्षमता के मूल्य से निर्धारित होता है।

प्रकाश संश्लेषण की अवधारणा, जिसके दौरान ऑक्सीजन निकलती है, आर हिल और एफ बेंडेल द्वारा इलेक्ट्रॉन परिवहन की जेड-योजना के प्रभाव में बनाई गई थी। यह योजना क्लोरोप्लास्ट में साइटोक्रोम की रेडॉक्स क्षमता के मापन के आधार पर प्रस्तुत की गई थी। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला एक इलेक्ट्रॉन की भौतिक ऊर्जा को बांड की रासायनिक ऊर्जा में बदलने का स्थल है और इसमें PS I और PS II शामिल हैं। जेड-स्कीम पीएसआई के साथ पीएसआईआई के अनुक्रमिक कामकाज और जुड़ाव से आता है।

पी 700 प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता है, क्लोरोफिल है (कुछ स्रोतों के अनुसार, क्लोरोफिल का एक डिमर ए), एक इलेक्ट्रॉन को एक मध्यवर्ती स्वीकर्ता में स्थानांतरित करता है, और फोटोकैमिकल माध्यमों द्वारा ऑक्सीकरण किया जा सकता है। A 0 - एक मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता - क्लोरोफिल का एक डिमर है a।

द्वितीयक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता बाध्य लौह-सल्फर केंद्र ए और बी हैं। लौह-सल्फर प्रोटीन का संरचनात्मक तत्व आपस में जुड़े लौह और सल्फर परमाणुओं का एक जाली है, जिसे लौह-सल्फर क्लस्टर कहा जाता है।

फेरेडॉक्सिन, झिल्ली के बाहर स्थित क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमल चरण में घुलनशील लौह-प्रोटीन, पीएसआई प्रतिक्रिया केंद्र से एनएडीपी में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप एनएडीपी-एच का गठन होता है, जो सीओ 2 निर्धारण के लिए आवश्यक है। ऑक्सीजन पैदा करने वाले प्रकाश संश्लेषक जीवों (सायनोबैक्टीरिया सहित) के सभी घुलनशील फेरेडॉक्सिन 2Fe-2S प्रकार के होते हैं।

इलेक्ट्रॉन-वाहक घटक भी झिल्ली-बाध्य साइटोक्रोम f है। झिल्ली-बाध्य साइटोक्रोम एफ के लिए इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और प्रतिक्रिया केंद्र के क्लोरोफिल-प्रोटीन परिसर के लिए प्रत्यक्ष दाता एक तांबा युक्त प्रोटीन है, जिसे "वितरण वाहक" - प्लास्टोसायनिन कहा जाता है।

क्लोरोप्लास्ट में साइटोक्रोम बी 6 और बी 559 भी होते हैं। साइटोक्रोम बी 6, जो 18 केडीए के आणविक भार के साथ एक पॉलीपेप्टाइड है, चक्रीय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण में शामिल है।

बी 6 / एफ कॉम्प्लेक्स साइटोक्रोमेस बी और एफ युक्त पॉलीपेप्टाइड्स का एक अभिन्न झिल्ली परिसर है। साइटोक्रोम बी 6 / एफ कॉम्प्लेक्स दो फोटो सिस्टम के बीच इलेक्ट्रॉन परिवहन को उत्प्रेरित करता है।

साइटोक्रोम बी 6 / एफ कॉम्प्लेक्स पानी में घुलनशील मेटालोप्रोटीन प्लास्टोसायनिन (पीसी) के एक छोटे से पूल को कम कर देता है, जो पीएस I कॉम्प्लेक्स को कम करने वाले समकक्षों को स्थानांतरित करने का कार्य करता है। प्लास्टोसायनिन तांबे के परमाणुओं वाला एक छोटा हाइड्रोफोबिक मेटालोप्रोटीन है।

पीएस II के प्रतिक्रिया केंद्र में प्राथमिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता पी 680, मध्यवर्ती स्वीकर्ता फियोफाइटिन और दो प्लास्टोक्विनोन (आमतौर पर नामित क्यू और बी) हैं जो Fe 2+ के करीब स्थित हैं। प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता क्लोरोफिल ए के रूपों में से एक है, जिसे पी 680 कहा जाता है, क्योंकि प्रकाश अवशोषण में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन 680 एनएम पर देखा गया था।

PS II में प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता प्लास्टोक्विनोन है। क्यू को आयरन-क्विनोन कॉम्प्लेक्स माना जाता है। पीएसआईआई में द्वितीयक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता भी प्लास्टोक्विनोन है, जिसे बी दर्शाया गया है, और क्यू के साथ श्रृंखला में कार्य कर रहा है। प्लास्टोक्विनोन / प्लास्टोक्विनोन सिस्टम दो इलेक्ट्रॉनों के साथ दो और प्रोटॉन को एक साथ स्थानांतरित करता है और इसलिए, दो-इलेक्ट्रॉन रेडॉक्स सिस्टम है। चूंकि प्लास्टोक्विनोन/प्लास्टोक्विनोन प्रणाली के माध्यम से ईटीसी के साथ दो इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है, दो प्रोटॉन को थायलाकोइड झिल्ली में स्थानांतरित किया जाता है। ऐसा माना जाता है कि इस मामले में होने वाली प्रोटॉन सांद्रता प्रवणता एटीपी संश्लेषण की प्रक्रिया के पीछे प्रेरक शक्ति है। इसका परिणाम थायलाकोइड्स के अंदर प्रोटॉन की सांद्रता में वृद्धि और थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी और आंतरिक पक्षों के बीच एक महत्वपूर्ण पीएच ढाल की उपस्थिति है: अंदर से, पर्यावरण बाहर से अधिक अम्लीय है।

2. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

पानी PS-2 के लिए इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है। पानी के अणु, इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हुए, मुक्त OH हाइड्रॉक्सिल और H + प्रोटॉन में विघटित हो जाते हैं। मुक्त हाइड्रॉक्सिल रेडिकल, एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हुए, एच 2 ओ और ओ 2 देते हैं। यह माना जाता है कि मैंगनीज और क्लोरीन आयन पानी के फोटोऑक्सीडेशन में सहकारक के रूप में भाग लेते हैं।

पानी के फोटोलिसिस की प्रक्रिया में, प्रकाश संश्लेषण के दौरान किए गए फोटोकैमिकल कार्य का सार प्रकट होता है। लेकिन पानी का ऑक्सीकरण इस शर्त के तहत होता है कि पी 680 अणु से बाहर निकल गया इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता को और आगे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) में स्थानांतरित कर दिया जाता है। फोटोसिस्टम -2 के ईटीसी में, इलेक्ट्रॉन वाहक प्लास्टोक्विनोन, साइटोक्रोमेस, प्लास्टोसायनिन (तांबा युक्त एक प्रोटीन), एफएडी, एनएडीपी, आदि हैं।

पी 700 अणु से बाहर एक इलेक्ट्रॉन को लोहे और सल्फर युक्त प्रोटीन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और फेरेडॉक्सिन में स्थानांतरित कर दिया जाता है। भविष्य में इस इलेक्ट्रॉन का मार्ग दुगना हो सकता है। इन मार्गों में से एक में फेरेडॉक्सिन से पी 700 तक वाहकों की एक श्रृंखला के माध्यम से अनुक्रमिक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण होता है। तब प्रकाश क्वांटम पी 700 अणु से अगले इलेक्ट्रॉन को बाहर निकाल देता है। यह इलेक्ट्रॉन फेरेडॉक्सिन तक पहुंचता है और फिर से क्लोरोफिल अणु में वापस आ जाता है। प्रक्रिया स्पष्ट रूप से चक्रीय है। जब एक इलेक्ट्रॉन को फेरेडॉक्सिन से स्थानांतरित किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा एडीपी और एच 3 पी0 4 से एटीपी के गठन में जाती है। इस प्रकार के फोटोफॉस्फोराइलेशन का नाम आर। अर्नोन द्वारा रखा गया है चक्रीय . चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन सैद्धांतिक रूप से बंद रंध्रों के साथ भी आगे बढ़ सकता है, क्योंकि इसके लिए वायुमंडल के साथ विनिमय आवश्यक नहीं है।

गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशनदोनों फोटो सिस्टम की भागीदारी के साथ होता है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन पी 700 से बाहर निकल गए और प्रोटॉन एच + फेरेडॉक्सिन तक पहुंच गया और कई वाहक (एफएडी, आदि) के माध्यम से एनएडीपी को कम एनएडीपी एच 2 के गठन के साथ स्थानांतरित कर दिया गया। उत्तरार्द्ध, एक मजबूत कम करने वाले एजेंट के रूप में, प्रकाश संश्लेषण की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है। उसी समय, क्लोरोफिल पी 680 अणु, प्रकाश की मात्रा को अवशोषित करने के बाद, एक इलेक्ट्रॉन को छोड़कर उत्तेजित अवस्था में चला जाता है। कई वाहकों से गुजरने के बाद, इलेक्ट्रॉन P700 अणु में इलेक्ट्रॉन की कमी को पूरा करता है। क्लोरोफिल पी 680 का इलेक्ट्रॉनिक "छेद" ओएच आयन से एक इलेक्ट्रॉन द्वारा भर दिया जाता है - - पानी के फोटोलिसिस के उत्पादों में से एक। P680 से एक प्रकाश क्वांटम द्वारा खटखटाए गए इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा, जब इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से फोटोसिस्टम 1 तक जाती है, तो इसका उपयोग फोटोफॉस्फोराइलेशन करने के लिए किया जाता है। गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन के मामले में, जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, पानी का फोटोलिसिस होता है और मुक्त ऑक्सीजन निकलती है।

इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण फोटोफॉस्फोराइलेशन के माना तंत्र का आधार है। अंग्रेजी बायोकेमिस्ट पी। मिशेल ने फोटोफॉस्फोराइलेशन के सिद्धांत को आगे रखा, जिसे केमियोस्मोटिक सिद्धांत कहा जाता है। क्लोरोप्लास्ट का ईटीसी थायलाकोइड झिल्ली में स्थित होने के लिए जाना जाता है। ईटीसी (प्लास्टोक्विनोन) में इलेक्ट्रॉन वाहकों में से एक, पी। मिशेल की परिकल्पना के अनुसार, न केवल इलेक्ट्रॉनों, बल्कि प्रोटॉन (एच +) को भी बाहर से अंदर की दिशा में थायलाकोइड झिल्ली के माध्यम से ले जाता है। थायलाकोइड झिल्ली के अंदर, प्रोटॉन के संचय के साथ, माध्यम अम्लीकृत होता है और परिणामस्वरूप, एक पीएच ढाल उत्पन्न होता है: बाहरी पक्ष आंतरिक की तुलना में कम अम्लीय हो जाता है। पानी के फोटोलिसिस के उत्पादों, प्रोटॉन के प्रवाह के कारण यह ढाल भी बढ़ जाती है।

झिल्ली के बाहर और अंदर के बीच पीएच अंतर ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण स्रोत बनाता है। इस ऊर्जा की मदद से, थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी तरफ विशेष मशरूम के आकार के बहिर्गमन में विशेष नलिकाओं के माध्यम से प्रोटॉन को बाहर निकाल दिया जाता है। इन चैनलों में एक संयुग्मन कारक (एक विशेष प्रोटीन) होता है जो फोटोफॉस्फोराइलेशन में भाग लेने में सक्षम होता है। यह माना जाता है कि ऐसा प्रोटीन एंजाइम एटीपीस है, जो एटीपी अपघटन की प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, लेकिन झिल्ली के माध्यम से बहने वाले प्रोटॉन की ऊर्जा और इसके संश्लेषण की उपस्थिति में। जब तक पीएच ग्रेडिएंट होता है, और इसलिए जब तक इलेक्ट्रॉन फोटो सिस्टम में वाहक श्रृंखला के साथ चलते हैं, एटीपी संश्लेषण भी होता है। यह गणना की जाती है कि थायलाकोइड के अंदर ईटीसी से गुजरने वाले प्रत्येक दो इलेक्ट्रॉनों के लिए, चार प्रोटॉन जमा होते हैं, और झिल्ली से बाहर तक संयुग्मन कारक की भागीदारी के साथ निकाले गए प्रत्येक तीन प्रोटॉन के लिए, एक एटीपी अणु संश्लेषित होता है।

इस प्रकार, प्रकाश चरण के परिणामस्वरूप, प्रकाश की ऊर्जा के कारण, एटीपी और एनएडीपीएच 2 बनते हैं, जो कि अंधेरे चरण में उपयोग किए जाते हैं, और पानी के फोटोलिसिस का उत्पाद ओ 2 वायुमंडल में छोड़ा जाता है। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए समग्र समीकरण निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

2एच 2 ओ + 2एनएडीपी + 2 एडीपी + 2 एच 3 आरओ 4 → 2 एनएडीपीएच 2 + 2 एटीपी + ओ 2

ग्रह पर प्रत्येक जीवित वस्तु को जीवित रहने के लिए भोजन या ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कुछ जीव अन्य जीवों को खाते हैं, जबकि अन्य अपने स्वयं के पोषक तत्वों का उत्पादन कर सकते हैं। वे प्रकाश संश्लेषण नामक एक प्रक्रिया में अपना भोजन, ग्लूकोज बनाते हैं।

प्रकाश संश्लेषण और श्वसन परस्पर जुड़े हुए हैं। प्रकाश संश्लेषण का परिणाम ग्लूकोज है, जो शरीर में रासायनिक ऊर्जा के रूप में जमा होता है। यह संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा अकार्बनिक कार्बन (कार्बन डाइऑक्साइड) के कार्बनिक कार्बन में रूपांतरण से आती है। सांस लेने की प्रक्रिया में संग्रहित रासायनिक ऊर्जा निकलती है।

उनके द्वारा उत्पादित उत्पादों के अलावा, पौधों को जीवित रहने के लिए कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की भी आवश्यकता होती है। मिट्टी से अवशोषित पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन प्रदान करता है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान, कार्बन और पानी का उपयोग भोजन को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। अमीनो एसिड बनाने के लिए पौधों को नाइट्रेट्स की भी आवश्यकता होती है (एक अमीनो एसिड प्रोटीन बनाने के लिए एक घटक है)। इसके अलावा, उन्हें क्लोरोफिल बनाने के लिए मैग्नीशियम की आवश्यकता होती है।

नोट:जीवित चीजें जो अन्य खाद्य पदार्थों पर निर्भर करती हैं, कहलाती हैं। शाकाहारी जैसे गाय, साथ ही कीट खाने वाले पौधे, हेटरोट्रॉफ़ के उदाहरण हैं। वे जीव जो अपना भोजन स्वयं उत्पन्न करते हैं, कहलाते हैं। हरे पौधे और शैवाल स्वपोषी के उदाहरण हैं।

इस लेख में, आप पौधों में प्रकाश संश्लेषण कैसे होता है और इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक शर्तों के बारे में अधिक जानेंगे।

प्रकाश संश्लेषण की परिभाषा

प्रकाश संश्लेषण एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसके द्वारा पौधे, कुछ और शैवाल कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से ग्लूकोज और ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं, केवल प्रकाश का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में करते हैं।

यह प्रक्रिया पृथ्वी पर जीवन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ऑक्सीजन छोड़ती है, जिस पर सारा जीवन निर्भर करता है।

पौधों को ग्लूकोज (भोजन) की आवश्यकता क्यों होती है?

मनुष्यों और अन्य जीवित चीजों की तरह, पौधों को भी जीवित रहने के लिए भोजन की आवश्यकता होती है। पौधों के लिए ग्लूकोज का मूल्य इस प्रकार है:

• प्रकाश संश्लेषण से प्राप्त ग्लूकोज का उपयोग श्वसन के दौरान अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के लिए पौधे द्वारा आवश्यक ऊर्जा को मुक्त करने के लिए किया जाता है।
• पादप कोशिकाएँ भी कुछ ग्लूकोज़ को स्टार्च में बदल देती हैं, जिसका उपयोग आवश्यकतानुसार किया जाता है। इस कारण से मृत पौधों का उपयोग बायोमास के रूप में किया जाता है क्योंकि वे रासायनिक ऊर्जा का भंडारण करते हैं।
• विकास और अन्य आवश्यक प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक प्रोटीन, वसा और पादप शर्करा जैसे अन्य रसायनों के उत्पादन के लिए भी ग्लूकोज की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण के चरण

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को दो चरणों में बांटा गया है: प्रकाश और अंधेरा।

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था

जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रकाश चरणों को सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है। प्रकाश पर निर्भर प्रतिक्रियाओं में, सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित किया जाता है और इलेक्ट्रॉन वाहक अणु NADPH (निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) और ऊर्जा अणु ATP (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के रूप में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। क्लोरोप्लास्ट के भीतर थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश चरण होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण या केल्विन चक्र का काला चरण

अंधेरे चरण या केल्विन चक्र में, प्रकाश चरण से उत्साहित इलेक्ट्रॉन कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं से कार्बोहाइड्रेट के निर्माण के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं। प्रकाश-स्वतंत्र चरणों को कभी-कभी प्रक्रिया की चक्रीय प्रकृति के कारण केल्विन चक्र कहा जाता है।

हालांकि अंधेरे चरण एक अभिकारक के रूप में प्रकाश का उपयोग नहीं करते हैं (और परिणामस्वरूप दिन या रात हो सकते हैं), उन्हें कार्य करने के लिए प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के उत्पादों की आवश्यकता होती है। प्रकाश-स्वतंत्र अणु नए कार्बोहाइड्रेट अणु बनाने के लिए ऊर्जा वाहक अणुओं एटीपी और एनएडीपीएच पर निर्भर करते हैं। अणुओं को ऊर्जा के हस्तांतरण के बाद, ऊर्जा वाहक अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने के लिए प्रकाश चरणों में लौट आते हैं। इसके अलावा, कई डार्क फेज एंजाइम प्रकाश द्वारा सक्रिय होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के चरणों का आरेख

नोट:इसका मतलब यह है कि यदि पौधे बहुत लंबे समय तक प्रकाश से वंचित रहते हैं, तो अंधेरे चरण जारी नहीं रहेंगे, क्योंकि वे प्रकाश चरणों के उत्पादों का उपयोग करते हैं।

पौधे की पत्तियों की संरचना

हम पत्ती की संरचना के बारे में अधिक जाने बिना प्रकाश संश्लेषण को पूरी तरह से नहीं समझ सकते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए पत्ती को अनुकूलित किया जाता है।

पत्तियों की बाहरी संरचना

• वर्ग

पौधों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक पत्तियों का बड़ा सतह क्षेत्र है। अधिकांश हरे पौधों में चौड़ी, सपाट और खुली पत्तियाँ होती हैं जो उतनी ही सौर ऊर्जा (सूर्य के प्रकाश) को ग्रहण करने में सक्षम होती हैं जितनी प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक होती है।

• केंद्रीय शिरा और पेटिओल

मध्य शिरा और डंठल आपस में जुड़ते हैं और पत्ती का आधार बनाते हैं। पेटियोल पत्ती को इस तरह रखता है कि उसे अधिक से अधिक प्रकाश प्राप्त हो।

• पत्ते की धार

साधारण पत्तियों में एक पत्ती का ब्लेड होता है, जबकि मिश्रित पत्तियों में कई होते हैं। पत्ती का ब्लेड पत्ती के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक है, जो सीधे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में शामिल होता है।

• नसों

पत्तियों में शिराओं का जाल तनों से पत्तियों तक पानी पहुँचाता है। छोड़े गए ग्लूकोज को नसों के माध्यम से पत्तियों से पौधे के अन्य भागों में भी भेजा जाता है। इसके अलावा, पत्ती के ये हिस्से अधिक धूप पकड़ने के लिए लीफ प्लेट को सहारा देते हैं और सपाट रखते हैं। शिराओं की व्यवस्था (शिराएं) पौधे के प्रकार पर निर्भर करती है।

• पत्ती का आधार

पत्ती का आधार इसका सबसे निचला हिस्सा होता है, जो तने से जुड़ा होता है। अक्सर, पत्ती के आधार पर स्टिप्यूल की एक जोड़ी होती है।

• पत्ती का किनारा

पौधे के प्रकार के आधार पर, पत्ती के किनारे के विभिन्न आकार हो सकते हैं, जिनमें शामिल हैं: संपूर्ण, दाँतेदार, दाँतेदार, नोकदार, क्रेनेट, आदि।

• पत्ता टिप

पत्ती के किनारे की तरह, शीर्ष कई प्रकार के आकार में आता है, जिनमें शामिल हैं: तेज, गोल, कुंद, लम्बी, पीछे की ओर, आदि।

पत्तियों की आंतरिक संरचना

नीचे पत्ती के ऊतकों की आंतरिक संरचना का एक निकट आरेख है:

• छल्ली

छल्ली पौधे की सतह पर मुख्य, सुरक्षात्मक परत के रूप में कार्य करती है। एक नियम के रूप में, यह शीट के शीर्ष पर मोटा होता है। छल्ली मोम जैसे पदार्थ से ढकी होती है जो पौधे को पानी से बचाती है।

• एपिडर्मिस

एपिडर्मिस कोशिकाओं की एक परत है जो पत्ती का पूर्णांक ऊतक है। इसका मुख्य कार्य पत्ती के आंतरिक ऊतकों को निर्जलीकरण, यांत्रिक क्षति और संक्रमण से बचाना है। यह गैस विनिमय और वाष्पोत्सर्जन की प्रक्रिया को भी नियंत्रित करता है।

• पर्णमध्योतक

मेसोफिल पौधे का मुख्य ऊतक है। यहीं पर प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया होती है। अधिकांश पौधों में, मेसोफिल को दो परतों में विभाजित किया जाता है: ऊपरी एक तालु है और निचला एक स्पंजी है।

• सुरक्षात्मक कोशिकाएं

गार्ड कोशिकाएं लीफ एपिडर्मिस में विशेष कोशिकाएं होती हैं जिनका उपयोग गैस विनिमय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। वे रंध्र के लिए एक सुरक्षात्मक कार्य करते हैं। पानी मुक्त रूप से उपलब्ध होने पर रंध्र के छिद्र बड़े हो जाते हैं, अन्यथा सुरक्षात्मक कोशिकाएं सुस्त हो जाती हैं।

• स्टोमा

प्रकाश संश्लेषण हवा से कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के रंध्र के माध्यम से मेसोफिल ऊतकों में प्रवेश पर निर्भर करता है। प्रकाश संश्लेषण के उपोत्पाद के रूप में प्राप्त ऑक्सीजन (O2) रंध्रों के माध्यम से पौधे से बाहर निकलती है। जब रंध्र खुले होते हैं, तो पानी वाष्पीकरण के माध्यम से खो जाता है और जड़ों द्वारा उठाए गए पानी द्वारा वाष्पोत्सर्जन के प्रवाह के माध्यम से फिर से भरना चाहिए। पौधों को हवा से अवशोषित CO2 की मात्रा और रंध्र के छिद्रों के माध्यम से पानी की हानि को संतुलित करने के लिए मजबूर किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक शर्तें

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को पूरा करने के लिए पौधों को निम्नलिखित स्थितियों की आवश्यकता होती है:

• कार्बन डाइऑक्साइड।एक रंगहीन, गंधहीन प्राकृतिक गैस जो हवा में पाई जाती है और इसका वैज्ञानिक पदनाम CO2 है। यह कार्बन और कार्बनिक यौगिकों के दहन के दौरान बनता है, और श्वसन के दौरान भी होता है।
• पानी. पारदर्शी तरल रसायन, गंधहीन और बेस्वाद (सामान्य परिस्थितियों में)।
• रोशनी।यद्यपि कृत्रिम प्रकाश पौधों के लिए भी उपयुक्त है, प्राकृतिक धूप आमतौर पर प्रकाश संश्लेषण के लिए सबसे अच्छी स्थिति बनाती है क्योंकि इसमें प्राकृतिक पराबैंगनी विकिरण होता है, जिसका पौधों पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
• क्लोरोफिल।यह हरे रंग का वर्णक है जो पौधों की पत्तियों में पाया जाता है।
• पोषक तत्व और खनिज।रसायन और कार्बनिक यौगिक जो पौधे की जड़ें मिट्टी से अवशोषित करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप क्या बनता है?

• ग्लूकोज;
• ऑक्सीजन।

(प्रकाश ऊर्जा को कोष्ठक में दर्शाया गया है क्योंकि यह कोई पदार्थ नहीं है)

नोट:पौधे अपनी पत्तियों के माध्यम से हवा से CO2 और अपनी जड़ों के माध्यम से मिट्टी से पानी लेते हैं। प्रकाश ऊर्जा सूर्य से आती है। परिणामी ऑक्सीजन पत्तियों से हवा में छोड़ी जाती है। परिणामस्वरूप ग्लूकोज को अन्य पदार्थों में परिवर्तित किया जा सकता है, जैसे स्टार्च, जिसका उपयोग ऊर्जा भंडार के रूप में किया जाता है।

यदि प्रकाश संश्लेषण को बढ़ावा देने वाले कारक अनुपस्थित हैं या अपर्याप्त मात्रा में मौजूद हैं, तो यह पौधे को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, कम रोशनी पौधों की पत्तियों को खाने वाले कीड़ों के लिए अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण करती है, जबकि पानी की कमी इसे धीमा कर देती है।

प्रकाश संश्लेषण कहाँ होता है?

प्रकाश संश्लेषण पौधों की कोशिकाओं के अंदर होता है, क्लोरोप्लास्ट नामक छोटे प्लास्टिड में। क्लोरोप्लास्ट (ज्यादातर मेसोफिल परत में पाए जाते हैं) में क्लोरोफिल नामक एक हरा पदार्थ होता है। नीचे कोशिका के अन्य भाग हैं जो प्रकाश संश्लेषण करने के लिए क्लोरोप्लास्ट के साथ काम करते हैं।

पादप कोशिका की संरचना

पादप कोशिका भागों के कार्य

• : संरचनात्मक और यांत्रिक सहायता प्रदान करता है, बैक्टीरिया से कोशिकाओं की रक्षा करता है, कोशिका के आकार को ठीक करता है और परिभाषित करता है, विकास की दर और दिशा को नियंत्रित करता है, और पौधों को आकार देता है।
• : एंजाइमों द्वारा नियंत्रित अधिकांश रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए एक मंच प्रदान करता है।
• : कोशिका के अंदर और बाहर पदार्थों की गति को नियंत्रित करते हुए एक बाधा के रूप में कार्य करता है।
• : जैसा कि ऊपर वर्णित है, उनमें क्लोरोफिल होता है, एक हरा पदार्थ जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है।
• : कोशिका कोशिका द्रव्य के भीतर एक गुहा जो पानी जमा करती है।
• : इसमें एक आनुवंशिक चिह्न (डीएनए) होता है जो कोशिका की गतिविधि को नियंत्रित करता है।

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रकाश के सभी रंग तरंग दैर्ध्य अवशोषित नहीं होते हैं। पौधे मुख्य रूप से लाल और नीले रंग की तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं - वे हरे रंग की सीमा में प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड

पौधे अपनी पत्तियों के माध्यम से हवा से कार्बन डाइऑक्साइड ग्रहण करते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड पत्ती के तल पर एक छोटे से छेद से रिसता है - रंध्र।

पत्ती के नीचे के हिस्से में कार्बन डाइऑक्साइड को पत्ती में अन्य कोशिकाओं तक पहुंचने की अनुमति देने के लिए ढीली-ढाली कोशिकाएँ होती हैं। यह प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन को भी आसानी से पत्ती छोड़ने की अनुमति देता है।

कार्बन डाइऑक्साइड हवा में मौजूद है हम बहुत कम सांद्रता में सांस लेते हैं और प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में एक आवश्यक कारक है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में प्रकाश

शीट में आमतौर पर एक बड़ा सतह क्षेत्र होता है, इसलिए यह बहुत अधिक प्रकाश को अवशोषित कर सकता है। इसकी ऊपरी सतह को मोमी परत (छल्ली) द्वारा पानी के नुकसान, बीमारी और मौसम से बचाया जाता है। शीट का शीर्ष वह स्थान है जहाँ प्रकाश गिरता है। मेसोफिल की इस परत को पलिसडे कहा जाता है। यह बड़ी मात्रा में प्रकाश को अवशोषित करने के लिए अनुकूलित है, क्योंकि इसमें कई क्लोरोप्लास्ट होते हैं।

प्रकाश प्रावस्थाओं में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया अधिक प्रकाश के साथ बढ़ती है। अधिक क्लोरोफिल अणु आयनित होते हैं और अधिक एटीपी और एनएडीपीएच उत्पन्न होते हैं यदि प्रकाश फोटॉन हरे पत्ते पर केंद्रित होते हैं। यद्यपि प्रकाश के चरणों में प्रकाश अत्यंत महत्वपूर्ण है, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इसकी बहुत अधिक मात्रा क्लोरोफिल को नुकसान पहुंचा सकती है और प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को कम कर सकती है।

प्रकाश चरण तापमान, पानी या कार्बन डाइऑक्साइड पर बहुत अधिक निर्भर नहीं होते हैं, हालांकि प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया को पूरा करने के लिए इन सभी की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान पानी

पौधों को प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी अपनी जड़ों के माध्यम से मिलता है। उनके जड़ बाल होते हैं जो मिट्टी में उगते हैं। जड़ों को एक बड़े सतह क्षेत्र और पतली दीवारों की विशेषता होती है, जिससे पानी आसानी से उनमें से गुजर सकता है।

छवि पौधों और उनकी कोशिकाओं को पर्याप्त पानी (बाएं) और इसकी कमी (दाएं) के साथ दिखाती है।

नोट:जड़ कोशिकाओं में क्लोरोप्लास्ट नहीं होते हैं क्योंकि वे आमतौर पर अंधेरे में होते हैं और प्रकाश संश्लेषण नहीं कर सकते हैं।

यदि पौधा पर्याप्त पानी को अवशोषित नहीं करता है, तो वह मुरझा जाएगा। पानी के बिना, पौधा पर्याप्त तेजी से प्रकाश संश्लेषण नहीं कर पाएगा, और मर भी सकता है।

पौधों के लिए पानी का क्या महत्व है?

• पौधों के स्वास्थ्य का समर्थन करने वाले भंग खनिज प्रदान करता है;
• परिवहन का माध्यम है;
• स्थिरता और सीधापन का समर्थन करता है;
• नमी के साथ ठंडा और संतृप्त;
• यह पौधों की कोशिकाओं में विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अंजाम देना संभव बनाता है।

प्रकृति में प्रकाश संश्लेषण का महत्व

प्रकाश संश्लेषण की जैव रासायनिक प्रक्रिया पानी और कार्बन डाइऑक्साइड को ऑक्सीजन और ग्लूकोज में परिवर्तित करने के लिए सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करती है। ग्लूकोज का उपयोग पौधों में ऊतक वृद्धि के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में किया जाता है। इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण वह तरीका है जिससे जड़ें, तना, पत्तियां, फूल और फल बनते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के बिना, पौधे न तो बढ़ सकते हैं और न ही प्रजनन कर सकते हैं।

• प्रोड्यूसर्स

उनकी प्रकाश संश्लेषक क्षमता के कारण, पौधों को उत्पादक के रूप में जाना जाता है और पृथ्वी पर लगभग हर खाद्य श्रृंखला की रीढ़ के रूप में कार्य करते हैं। (शैवाल पौधे के समकक्ष हैं)। हम जो भी भोजन खाते हैं वह उन जीवों से आता है जो प्रकाश संश्लेषक होते हैं। हम इन पौधों को सीधे खाते हैं, या हम गाय या सूअर जैसे जानवरों को खाते हैं जो पौधों के खाद्य पदार्थों का सेवन करते हैं।

• खाद्य श्रृंखला का आधार

जलीय प्रणालियों के भीतर, पौधे और शैवाल भी खाद्य श्रृंखला का आधार बनते हैं। शैवाल भोजन के रूप में काम करते हैं, जो बदले में बड़े जीवों के लिए भोजन स्रोत के रूप में कार्य करते हैं। जलीय पर्यावरण में प्रकाश संश्लेषण के बिना जीवन असंभव होगा।

• कार्बन डाइऑक्साइड को हटाना

प्रकाश संश्लेषण कार्बन डाइऑक्साइड को ऑक्सीजन में परिवर्तित करता है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान, वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड पौधे में प्रवेश करती है और फिर ऑक्सीजन के रूप में निकल जाती है। आज की दुनिया में जहां कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर खतरनाक दर से बढ़ रहा है, वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने वाली कोई भी प्रक्रिया पर्यावरण की दृष्टि से महत्वपूर्ण है।

• पौष्टिक खाद्य चक्रण

पौधे और अन्य प्रकाश संश्लेषक जीव पोषक चक्रण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हवा में नाइट्रोजन पौधों के ऊतकों में स्थिर होती है और प्रोटीन बनाने के लिए उपलब्ध हो जाती है। मिट्टी में पाए जाने वाले ट्रेस तत्वों को पौधे के ऊतकों में भी शामिल किया जा सकता है और खाद्य श्रृंखला को आगे बढ़ाने के लिए शाकाहारी लोगों को उपलब्ध कराया जा सकता है।

• प्रकाश संश्लेषक लत

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश की तीव्रता और गुणवत्ता पर निर्भर करता है। भूमध्य रेखा पर, जहां पूरे वर्ष सूर्य का प्रकाश प्रचुर मात्रा में होता है और पानी सीमित कारक नहीं है, पौधों की वृद्धि दर उच्च होती है और वे काफी बड़े हो सकते हैं। इसके विपरीत, समुद्र के गहरे हिस्सों में प्रकाश संश्लेषण कम आम है, क्योंकि प्रकाश इन परतों में प्रवेश नहीं करता है, और इसके परिणामस्वरूप, यह पारिस्थितिकी तंत्र अधिक बंजर है।

जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, प्रकाश संश्लेषण अनिवार्य रूप से कार्बनिक पदार्थों का एक प्राकृतिक संश्लेषण है, जो वातावरण और पानी से CO2 को ग्लूकोज और मुक्त ऑक्सीजन में परिवर्तित करता है।

इसके लिए सौर ऊर्जा की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया के रासायनिक समीकरण को आम तौर पर निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं: अंधेरा और प्रकाश। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं से काफी भिन्न होती हैं, लेकिन प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे और हल्के चरण एक दूसरे पर निर्भर करते हैं।

प्रकाश चरण पौधों की पत्तियों में विशेष रूप से सूर्य के प्रकाश में हो सकता है। एक अंधेरे के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति आवश्यक है, यही वजह है कि पौधे को इसे हर समय वातावरण से अवशोषित करना चाहिए। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे और हल्के चरणों की सभी तुलनात्मक विशेषताएं नीचे दी जाएंगी। इसके लिए, एक तुलनात्मक तालिका "प्रकाश संश्लेषण के चरण" बनाई गई थी।

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में मुख्य प्रक्रियाएं थायलाकोइड झिल्ली में होती हैं। इसमें क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन वाहक प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेस (एक एंजाइम जो प्रतिक्रिया को गति देता है) और सूर्य का प्रकाश शामिल है।

इसके अलावा, प्रतिक्रिया तंत्र को निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है: जब सूर्य का प्रकाश पौधों की हरी पत्तियों से टकराता है, तो क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक आवेश) उनकी संरचना में उत्तेजित होते हैं, जो एक सक्रिय अवस्था में जाने के बाद, वर्णक अणु को छोड़ देते हैं और समाप्त हो जाते हैं थायलाकोइड का बाहरी भाग, जिसकी झिल्ली भी ऋणात्मक रूप से आवेशित होती है। उसी समय, क्लोरोफिल अणु ऑक्सीकृत हो जाते हैं और पहले से ही ऑक्सीकृत हो जाते हैं, वे बहाल हो जाते हैं, इस प्रकार पत्तियों की संरचना में मौजूद पानी से इलेक्ट्रॉनों को दूर ले जाते हैं।

यह प्रक्रिया इस तथ्य की ओर ले जाती है कि पानी के अणु विघटित हो जाते हैं, और पानी के फोटोलिसिस के परिणामस्वरूप बनाए गए आयन अपने इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं और ऐसे ओएच रेडिकल में बदल जाते हैं जो आगे की प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं। इसके अलावा, ये प्रतिक्रियाशील OH रेडिकल संयुक्त होते हैं, जिससे पूर्ण विकसित पानी के अणु और ऑक्सीजन बनते हैं। इस मामले में, बाहरी वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन जारी की जाती है।

इन सभी प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, पत्ती थायलाकोइड झिल्ली एक तरफ (H + आयन के कारण) धनात्मक रूप से चार्ज होती है, और दूसरी ओर, नकारात्मक रूप से (इलेक्ट्रॉनों के कारण)। जब झिल्ली के दोनों किनारों में इन आवेशों के बीच का अंतर 200 mV से अधिक तक पहुँच जाता है, तो प्रोटॉन ATP सिंथेटेज़ एंजाइम के विशेष चैनलों से गुजरते हैं और इसके कारण, ADP को ATP (फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया के परिणामस्वरूप) में बदल दिया जाता है। और परमाणु हाइड्रोजन, जो पानी से निकलता है, विशिष्ट वाहक NADP + को NADP H2 में पुनर्स्थापित करता है। जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के परिणामस्वरूप, तीन मुख्य प्रक्रियाएं होती हैं:

1. एटीपी संश्लेषण;
2. एनएडीपी एच2 का निर्माण;
3. मुक्त ऑक्सीजन का निर्माण।

उत्तरार्द्ध को वायुमंडल में छोड़ा जाता है, और एनएडीपी एच 2 और एटीपी प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में भाग लेते हैं।

प्रकाश संश्लेषण का काला चरण

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे और हल्के चरणों को पौधे की ओर से ऊर्जा के एक बड़े व्यय की विशेषता है, लेकिन अंधेरा चरण तेजी से आगे बढ़ता है और कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाओं को सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे दिन या रात में हो सकते हैं।

इस चरण की सभी मुख्य प्रक्रियाएं पौधे के क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती हैं और वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड के क्रमिक परिवर्तनों की एक प्रकार की श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करती हैं। ऐसी श्रृंखला में पहली प्रतिक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड का निर्धारण है। इसे अधिक सुचारू रूप से और तेज चलाने के लिए, प्रकृति ने एंजाइम RiBP-carboxylase प्रदान किया, जो CO2 के निर्धारण को उत्प्रेरित करता है।

फिर प्रतिक्रियाओं का एक पूरा चक्र होता है, जिसके पूरा होने पर फॉस्फोग्लिसरिक एसिड का ग्लूकोज (प्राकृतिक चीनी) में रूपांतरण होता है। ये सभी प्रतिक्रियाएं एटीपी और एनएडीपी एच 2 की ऊर्जा का उपयोग करती हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में बनाई गई थीं। प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप ग्लूकोज के अलावा अन्य पदार्थ भी बनते हैं। उनमें से विभिन्न अमीनो एसिड, फैटी एसिड, ग्लिसरॉल, साथ ही न्यूक्लियोटाइड भी हैं।

प्रकाश संश्लेषण चरण: तुलना तालिका

तुलना मानदंड	प्रकाश चरण	अंधेरा चरण
सूरज की रोशनी	अनिवार्य	की जरूरत नहीं है
प्रतिक्रियाओं का स्थान	क्लोरोप्लास्ट ग्रेना	क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा
ऊर्जा स्रोत पर निर्भरता	धूप पर निर्भर करता है	प्रकाश प्रावस्था में बनने वाले ATP और NADP H2 और वातावरण से CO2 की मात्रा पर निर्भर करता है
आरंभिक सामग्री	क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन वाहक प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेस	कार्बन डाइऑक्साइड
चरण का सार और क्या बनता है	मुक्त O2 निकलता है, ATP और NADP H2 बनते हैं	प्राकृतिक शर्करा (ग्लूकोज) का निर्माण और वातावरण से CO2 का अवशोषण

प्रकाश संश्लेषण - वीडियो