प्रकाश संश्लेषण का उप-उत्पाद। प्रकाश संश्लेषण का महत्व

क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण

स्थानिक स्थानीयकरण

पादप प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में किया जाता है: पृथक दो-झिल्ली कोशिका अंग। क्लोरोप्लास्ट फलों, तनों की कोशिकाओं में हो सकते हैं, हालाँकि, प्रकाश संश्लेषण का मुख्य अंग, इसके प्रबंधन के लिए शारीरिक रूप से अनुकूलित, एक पत्ती है। पत्ती में, पलिसडे पैरेन्काइमा का ऊतक क्लोरोप्लास्ट में सबसे समृद्ध होता है। पतित पत्तियों (जैसे कैक्टि) के साथ कुछ रसीले पौधों में, मुख्य प्रकाश संश्लेषक गतिविधि तने से जुड़ी होती है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश पत्ती के सपाट आकार के कारण अधिक पूरी तरह से ग्रहण किया जाता है, जिससे आयतन अनुपात में एक बड़ी सतह मिलती है। जड़ से पानी वाहिकाओं (पत्ती शिराओं) के एक विकसित नेटवर्क के माध्यम से पहुँचाया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड आंशिक रूप से क्यूटिकल और एपिडर्मिस के माध्यम से विसरण द्वारा प्रवेश करती है, लेकिन इसका अधिकांश भाग रंध्रों के माध्यम से पत्ती में और पत्ती के माध्यम से इंटरसेलुलर स्पेस के माध्यम से फैलता है। सीएएम प्रकाश संश्लेषण करने वाले पौधों ने कार्बन डाइऑक्साइड के सक्रिय अवशोषण के लिए विशेष तंत्र का गठन किया है।

क्लोरोप्लास्ट का आंतरिक स्थान रंगहीन सामग्री (स्ट्रोमा) से भरा होता है और झिल्लियों (लैमेली) से व्याप्त होता है, जो एक दूसरे के साथ मिलकर थायलाकोइड्स बनाते हैं, जो बदले में ग्रेना नामक ढेर में समूहीकृत होते हैं। इंट्राथाइलाकोइड स्पेस अलग हो जाता है और बाकी स्ट्रोमा के साथ संचार नहीं करता है, यह भी माना जाता है कि सभी थायलाकोइड्स का आंतरिक स्थान एक दूसरे के साथ संवाद करता है। प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्थाएँ झिल्लियों तक सीमित होती हैं; CO 2 का स्वपोषी स्थिरीकरण स्ट्रोमा में होता है।

क्लोरोप्लास्ट का अपना डीएनए, आरएनए, राइबोसोम (टाइप 70s) होता है, प्रोटीन संश्लेषण प्रगति पर होता है (हालांकि यह प्रक्रिया नाभिक से नियंत्रित होती है)। वे फिर से संश्लेषित नहीं होते हैं, लेकिन पिछले वाले को विभाजित करके बनते हैं। इन सभी ने उन्हें मुक्त साइनोबैक्टीरिया के वंशजों पर विचार करना संभव बना दिया, जो सहजीवन की प्रक्रिया में यूकेरियोटिक कोशिका की संरचना में शामिल थे।

फोटोसिस्टम आई

लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स I में लगभग 200 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

पहले फोटोसिस्टम के प्रतिक्रिया केंद्र में क्लोरोफिल एक डिमर होता है जिसमें अधिकतम 700 एनएम (P700) का अवशोषण होता है। प्रकाश की एक मात्रा द्वारा उत्तेजना के बाद, यह प्राथमिक स्वीकर्ता - क्लोरोफिल ए को पुनर्स्थापित करता है, जो कि द्वितीयक (विटामिन K 1 या फाइलोक्विनोन) है, जिसके बाद इलेक्ट्रॉन को फेरेडॉक्सिन में स्थानांतरित किया जाता है, जो फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी-रिडक्टेस एंजाइम का उपयोग करके एनएडीपी को पुनर्स्थापित करता है।

प्रोटीन प्लास्टोसायनिन, बी 6 एफ कॉम्प्लेक्स में कम हो जाता है, इंट्राथाइलेकॉइड स्पेस की तरफ से पहले फोटोसिस्टम के रिएक्शन सेंटर में ले जाया जाता है और एक इलेक्ट्रॉन को ऑक्सीकृत P700 में स्थानांतरित करता है।

चक्रीय और स्यूडोसाइक्लिक इलेक्ट्रॉन परिवहन

ऊपर वर्णित पूर्ण गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन पथ के अतिरिक्त, चक्रीय और छद्म-चक्रीय पथ पाए गए हैं।

चक्रीय मार्ग का सार यह है कि NADP के बजाय फेरेडॉक्सिन प्लास्टोक्विनोन को पुनर्स्थापित करता है, जो इसे वापस b 6 f कॉम्प्लेक्स में स्थानांतरित करता है। नतीजा एक बड़ा प्रोटॉन ढाल और अधिक एटीपी है, लेकिन कोई एनएडीपीएच नहीं है।

स्यूडोसायक्लिक मार्ग में, फेरेडॉक्सिन ऑक्सीजन को कम कर देता है, जो आगे पानी में परिवर्तित हो जाता है और फोटोसिस्टम II में इस्तेमाल किया जा सकता है। यह एनएडीपीएच का उत्पादन भी नहीं करता है।

डार्क स्टेज

अंधेरे चरण में, एटीपी और एनएडीपीएच की भागीदारी के साथ, सीओ 2 ग्लूकोज (सी 6 एच 12 ओ 6) में कम हो जाता है। हालांकि इस प्रक्रिया के लिए प्रकाश की आवश्यकता नहीं है, यह इसके नियमन में शामिल है।

सी 3 - प्रकाश संश्लेषण, केल्विन चक्र

तीसरे चरण में, 5 PHA अणु शामिल होते हैं, जो 4-, 5-, 6- और 7-कार्बन यौगिकों के निर्माण के माध्यम से 3 5-कार्बन राइबुलोज-1,5-बाइफॉस्फेट में संयोजित होते हैं, जिसके लिए 3ATP की आवश्यकता होती है। .

अंत में, ग्लूकोज संश्लेषण के लिए दो PHA की आवश्यकता होती है। इसके एक अणु के निर्माण के लिए चक्र के 6 फेरों, 6 CO2, 12 NADPH और 18 ATP की आवश्यकता होती है।

सी 4 - प्रकाश संश्लेषण

मुख्य लेख: हैच-स्लैक-कारपिलोव चक्र, C4 प्रकाश संश्लेषण

स्ट्रोमा में घुले सीओ 2 की कम सांद्रता पर, राइबुलोज बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है और 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड और फॉस्फोग्लाइकोलिक एसिड में इसका अपघटन होता है, जो फोटोरेस्पिरेशन की प्रक्रिया में जबरन उपयोग किया जाता है।

सीओ 2 सी 4 की एकाग्रता बढ़ाने के लिए पौधों ने पत्ती की शारीरिक रचना को बदल दिया है। उनमें केल्विन चक्र संवाहक बंडल के म्यान की कोशिकाओं में स्थानीयकृत होता है, जबकि मेसोफिल की कोशिकाओं में, PEP-carboxylase की क्रिया के तहत, फॉस्फोनिओलफ्रुवेट को ऑक्सालोएसेटिक एसिड बनाने के लिए कार्बोक्सिलेट किया जाता है, जो मैलेट या एस्पार्टेट में बदल जाता है और है म्यान की कोशिकाओं में पहुँचाया जाता है, जहाँ इसे पाइरूवेट के निर्माण के साथ डीकार्बोक्सिलेट किया जाता है, जो मेसोफिल की कोशिकाओं में वापस आ जाता है।

4 प्रकाश संश्लेषण के साथ व्यावहारिक रूप से केल्विन चक्र से राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट के नुकसान के साथ नहीं है, इसलिए यह अधिक कुशल है। हालांकि, इसे 1 ग्लूकोज अणु के संश्लेषण के लिए 18 नहीं, बल्कि 30 एटीपी की आवश्यकता होती है। यह उष्णकटिबंधीय में भुगतान करता है, जहां गर्म जलवायु में स्टोमेटा को बंद रखने की आवश्यकता होती है, CO2 को पत्ती में प्रवेश करने से रोकता है, और एक कठोर जीवन रणनीति में भी।

सीएएम प्रकाश संश्लेषण

बाद में यह पाया गया कि, ऑक्सीजन छोड़ने के अलावा, पौधे कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और पानी की भागीदारी के साथ प्रकाश में कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करते हैं। रॉबर्ट मेयर में, ऊर्जा के संरक्षण के नियम के आधार पर, उन्होंने कहा कि पौधे सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। W. Pfeffer में इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है।

क्लोरोफिल सबसे पहले P. J. Peltier और J. Cavent में अलग किए गए थे। MS Tsvet ने पिगमेंट को अलग करने और उनके द्वारा बनाई गई क्रोमैटोग्राफी पद्धति का उपयोग करके अलग से उनका अध्ययन करने में कामयाबी हासिल की। क्लोरोफिल के अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन केए तिमिरयाज़ेव द्वारा किया गया था, जिन्होंने मेयर के प्रावधानों को विकसित करते हुए दिखाया कि यह अवशोषित किरणें हैं जो सिस्टम की ऊर्जा को बढ़ाना संभव बनाती हैं, कमजोर बनाने के बजाय सीओ कनेक्शनऔर OH उच्च-ऊर्जा C-C (इससे पहले यह माना जाता था कि प्रकाश संश्लेषण में पीली किरणों का उपयोग होता है जो पत्ती रंजकों द्वारा अवशोषित नहीं होती हैं)। यह अवशोषित सीओ 2 द्वारा प्रकाश संश्लेषण के लिए लेखांकन के लिए बनाई गई विधि के लिए धन्यवाद किया गया था: विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ एक पौधे को रोशन करने के प्रयोगों के दौरान ( भिन्न रंग) यह पता चला कि प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता क्लोरोफिल के अवशोषण स्पेक्ट्रम के साथ मेल खाती है।

प्रकाश संश्लेषण के रेडॉक्स सार (ऑक्सीजनिक और एनोक्सीजेनिक दोनों) को कॉर्नेलिस वैन निएल द्वारा अभिगृहीत किया गया था। इसका मतलब यह था कि प्रकाश संश्लेषण में ऑक्सीजन पूरी तरह से पानी से बनता है, जिसे ए.पी. विनोग्रादोव द्वारा समस्थानिक लेबलिंग के प्रयोगों में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी। श्री रॉबर्ट हिल में पाया गया कि पानी के ऑक्सीकरण (और ऑक्सीजन की रिहाई) की प्रक्रिया, साथ ही सीओ 2 के आत्मसात को अलग किया जा सकता है। वी-डी अर्नोन ने प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरणों के तंत्र की स्थापना की, और सीओ 2 आत्मसात प्रक्रिया का सार 1940 के दशक के अंत में मेल्विन केल्विन द्वारा कार्बन समस्थानिकों का उपयोग करके प्रकट किया गया था, इस काम के लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

अन्य तथ्य

यह सभी देखें

साहित्य

हॉल डी., राव के.प्रकाश संश्लेषण: प्रति। अंग्रेज़ी से। - एम .: मीर, 1983।
प्लांट फिजियोलॉजी / एड। प्रो एर्मकोवा आई। पी। - एम।: अकादमी, 2007
सेल की आणविक जीव विज्ञान / अल्बर्टिस बी, ब्रे डी, एट अल 3 खंडों में। - एम .: मीर, 1994
रुबिन ए.बी.जीवभौतिकी। 2 खंडों में। - एम .: एड। मास्को विश्वविद्यालय और विज्ञान, 2004।
चेर्नवस्काया एन.एम.,

प्रकाश संश्लेषण हरे पौधों में कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया है। प्रकाश संश्लेषण ने पृथ्वी पर सभी पौधों का निर्माण किया और वातावरण को ऑक्सीजन से संतृप्त किया।

एक पौधा कैसे खाता है?

पहले, लोगों को यकीन था कि पौधे मिट्टी से अपने पोषण के लिए सभी पदार्थ लेते हैं। लेकिन एक अनुभव ने दिखाया है कि ऐसा नहीं है।

मिट्टी के एक गमले में एक पेड़ लगाया गया था। उसी समय, पृथ्वी और वृक्ष दोनों का द्रव्यमान मापा गया। कुछ वर्षों बाद जब दोनों का वजन किया गया तो पता चला कि पृथ्वी का द्रव्यमान केवल कुछ ग्राम कम हो गया था, जबकि पौधे का द्रव्यमान कई किलोग्राम बढ़ गया था।

मिट्टी में केवल पानी डाला गया था। इतने किलोग्राम पौधे का द्रव्यमान कहाँ से आया?

हवा से बाहर। पौधों में सभी कार्बनिक पदार्थ वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड और मिट्टी के पानी से बने होते हैं।

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ऊर्जा

पशु और मनुष्य जीवन के लिए ऊर्जा प्राप्त करने के लिए पौधों को खाते हैं। यह ऊर्जा कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधनों में निहित है। वह कहां से है?

यह ज्ञात है कि प्रकाश के बिना पौधा सामान्य रूप से विकसित नहीं हो सकता। प्रकाश वह ऊर्जा है जिससे पौधा अपने शरीर के जैविक पदार्थ का निर्माण करता है।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह किस प्रकार का प्रकाश है, सौर या विद्युत। प्रकाश की कोई भी किरण ऊर्जा वहन करती है, जो रासायनिक बंधों की ऊर्जा बन जाती है और गोंद की तरह कार्बनिक पदार्थों के बड़े अणुओं में परमाणुओं को एक साथ रखती है।

प्रकाश संश्लेषण कहाँ होता है

प्रकाश संश्लेषण केवल पौधों के हरे भागों में होता है, या यों कहें कि पौधों की कोशिकाओं के विशेष अंगों - क्लोरोप्लास्ट में होता है।

चावल। 1. सूक्ष्मदर्शी के नीचे क्लोरोप्लास्ट।

क्लोरोप्लास्ट एक प्रकार के प्लास्टिड हैं। ये हमेशा हरे रंग के होते हैं क्योंकि इनमें एक पदार्थ होता है हरा रंग- क्लोरोफिल।

क्लोरोप्लास्ट एक झिल्ली द्वारा शेष कोशिका से अलग होता है और एक दाने जैसा दिखता है। क्लोरोप्लास्ट के भीतरी स्थान को स्ट्रोमा कहा जाता है। यहीं से प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया शुरू होती है।

चावल। 2. आंतरिक संरचनाक्लोरोप्लास्ट।

क्लोरोप्लास्ट एक ऐसा कारखाना है जिसके लिए कच्चे माल की आपूर्ति की जाती है:

कार्बन डाइऑक्साइड (सूत्र - CO₂);
पानी (H₂O).

पानी जड़ों से आता है, और कार्बन डाइऑक्साइड वातावरण से पत्तियों में विशेष छिद्रों के माध्यम से आता है। प्रकाश कारखाने के संचालन के लिए ऊर्जा है, और परिणामी कार्बनिक पदार्थ उत्पाद है।

सबसे पहले, कार्बोहाइड्रेट (ग्लूकोज) का उत्पादन होता है, लेकिन बाद में उनसे विभिन्न गंधों और स्वादों के कई पदार्थ बनते हैं, जिन्हें जानवर और लोग बहुत पसंद करते हैं।

क्लोरोप्लास्ट से, प्राप्त पदार्थों को पौधे के विभिन्न अंगों में पहुँचाया जाता है, जहाँ उन्हें रिजर्व में जमा किया जाता है या उपयोग किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया

सामान्य तौर पर, प्रकाश संश्लेषण समीकरण इस तरह दिखता है:

CO₂ + H₂O = कार्बनिक पदार्थ + O₂ (ऑक्सीजन)

हरे पौधे ऑटोट्रॉफ़्स के समूह का हिस्सा हैं (अनुवाद में - "मैं खुद को खिलाता हूं") - ऐसे जीव जिन्हें ऊर्जा प्राप्त करने के लिए अन्य जीवों की आवश्यकता नहीं होती है।

प्रकाश संश्लेषण का मुख्य कार्य कार्बनिक पदार्थों का निर्माण है जिससे पौधों के शरीर का निर्माण होता है।

ऑक्सीजन की रिहाई प्रक्रिया का एक साइड इफेक्ट है।

प्रकाश संश्लेषण का महत्व

प्रकृति में प्रकाश संश्लेषण की भूमिका अत्यंत महान है। उसके लिए धन्यवाद, संपूर्ण सब्जी की दुनियाग्रह।

चावल। 3. प्रकाश संश्लेषण।

प्रकाश संश्लेषण द्वारा पौधे:

वातावरण के लिए ऑक्सीजन का स्रोत हैं;
सूर्य की ऊर्जा को जानवरों और मनुष्यों के लिए सुलभ रूप में परिवर्तित करें।

वातावरण में पर्याप्त ऑक्सीजन के संचय से पृथ्वी पर जीवन संभव हुआ। उस दूर के समय में न तो मनुष्य और न ही जानवर रह सकते थे जब कोई नहीं था, या बहुत कम था।

कौन सा विज्ञान प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का अध्ययन करता है

प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन विभिन्न विज्ञानों द्वारा किया जाता है, लेकिन सबसे अधिक, वनस्पति विज्ञान और पादप शरीर विज्ञान।

वनस्पति विज्ञान पौधों का विज्ञान है और इसलिए पौधों में एक महत्वपूर्ण जीवन प्रक्रिया के रूप में इसका अध्ययन करता है।

प्रकाश संश्लेषण का सबसे विस्तृत अध्ययन प्लांट फिजियोलॉजी है। फिजियोलॉजिस्ट ने निर्धारित किया है कि यह प्रक्रिया जटिल है और इसके चरण हैं:

रोशनी;
अँधेरा।

इसका मतलब है कि प्रकाश संश्लेषण प्रकाश में शुरू होता है लेकिन अंधेरे में समाप्त होता है।

हमने क्या सीखा है?

ग्रेड 5 जीव विज्ञान में इस विषय का अध्ययन करने के बाद, प्रकाश संश्लेषण को पौधों में अकार्बनिक पदार्थों (CO₂ और H₂O) से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया के रूप में संक्षिप्त और स्पष्ट रूप से समझा जा सकता है। इसकी विशेषताएं: हरे रंग के प्लास्टिड्स (क्लोरोप्लास्ट) में गुजरती हैं, ऑक्सीजन की रिहाई के साथ, प्रकाश के प्रभाव में किया जाता है।

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कोई भी हरी पत्ती एक लघु कारखाना है पोषक तत्त्वऔर ऑक्सीजन, जो सामान्य जीवन के लिए जानवरों और मनुष्यों के लिए आवश्यक है। इन पदार्थों को पानी से और वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन की प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है। प्रकाश संश्लेषण एक जटिल रासायनिक प्रक्रिया है जो प्रकाश की भागीदारी से होती है। बेशक, हर कोई दिलचस्पी रखता है कि प्रकाश संश्लेषण कैसे होता है। प्रक्रिया में ही दो चरण होते हैं: पहला प्रकाश क्वांटा का अवशोषण है, और दूसरा विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं में उनकी ऊर्जा का उपयोग होता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कैसे होती है

पौधे क्लोरोफिल नामक हरे पदार्थ से प्रकाश को अवशोषित करते हैं। क्लोरोप्लास्ट में क्लोरोफिल पाया जाता है, जो तनों या फलों में पाया जाता है। पत्तियों में उनमें से विशेष रूप से बड़ी संख्या में हैं, क्योंकि उनकी बहुत सपाट संरचना के कारण, पत्ती बहुत अधिक प्रकाश को आकर्षित कर सकती है, क्रमशः प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया के लिए बहुत अधिक ऊर्जा प्राप्त करती है।

अवशोषण के बाद, क्लोरोफिल एक उत्तेजित अवस्था में होता है और पौधों के जीवों के अन्य अणुओं को ऊर्जा स्थानांतरित करता है, विशेष रूप से वे जो सीधे प्रकाश संश्लेषण में शामिल होते हैं। प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया का दूसरा चरण बिना होता है अनिवार्य भागीदारीप्रकाश और हवा और पानी से प्राप्त कार्बन डाइऑक्साइड की भागीदारी के साथ एक रासायनिक बंधन प्राप्त करने में शामिल है। इस स्तर पर, विभिन्न पदार्थ जो जीवन के लिए बहुत उपयोगी होते हैं, जैसे कि स्टार्च और ग्लूकोज, संश्लेषित होते हैं।

इन कार्बनिक पदार्थों का उपयोग पौधों द्वारा स्वयं अपने विभिन्न भागों को पोषण देने के साथ-साथ सामान्य जीवन को बनाए रखने के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त, ये पदार्थ पौधों को खाने वाले जंतुओं द्वारा भी प्राप्त किए जाते हैं। लोगों को ये पदार्थ पशु और वनस्पति उत्पादों को खाने से भी मिलते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के लिए शर्तें

प्रकाश संश्लेषण कृत्रिम प्रकाश और सूर्य के प्रकाश दोनों के प्रभाव में हो सकता है। एक नियम के रूप में, प्रकृति में, पौधे वसंत-गर्मियों की अवधि में गहन रूप से "काम" करते हैं, जब बहुत अधिक आवश्यक धूप होती है। शरद ऋतु में, कम रोशनी होती है, दिन छोटा हो जाता है, पत्तियां पहले पीली हो जाती हैं और फिर गिर जाती हैं। लेकिन जैसे ही गर्म वसंत का सूरज दिखाई देता है, हरे पत्ते फिर से दिखाई देने लगते हैं और हरे "कारखाने" ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए फिर से अपना काम शुरू कर देंगे, जो जीवन के लिए आवश्यक है, साथ ही कई अन्य पोषक तत्व भी।

प्रकाश संश्लेषण कहाँ होता है

मूल रूप से, प्रकाश संश्लेषण, एक प्रक्रिया के रूप में होता है, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, पौधों की पत्तियों में, क्योंकि वे अधिक धूप लेने में सक्षम हैं, जो प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया के लिए बहुत आवश्यक है।

परिणामस्वरूप, हम कह सकते हैं कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पौधों के जीवन का एक अभिन्न अंग है।

प्रकाश संश्लेषण है

प्रकाश संश्लेषण है कार्बोहाइड्रेट.

सामान्य विशेषताएँ

मैं प्रकाश चरण

1. फोटोफिजिकल स्टेज

2. फोटोकैमिकल चरण

II डार्क फेज

अर्थ

4. ओजोन स्क्रीन।

प्रकाश संश्लेषक पौधों के रंजक, उनकी शारीरिक भूमिका।

· क्लोरोफिल - यह हरा वर्णक, जो पौधे के हरे रंग को निर्धारित करता है, इसकी भागीदारी से प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया निर्धारित होती है। इसकी रासायनिक संरचना के अनुसार, यह विभिन्न टेट्रापायरोल्स का एमजी-कॉम्प्लेक्स है। क्लोरोफिल में पोर्फिरिन संरचना होती है और संरचनात्मक रूप से हीम के समान होती है।

क्लोरोफिल के पायरोल समूहों में, बारी-बारी से डबल और सिंगल बॉन्ड की व्यवस्था होती है। यह क्लोरोफिल का क्रोमोफोर समूह है, जो सौर स्पेक्ट्रम की कुछ किरणों और उसके रंग के अवशोषण को निर्धारित करता है। डी पोर्फिरी कोर 10 एनएम हैं, और फाइटोल अवशेषों की लंबाई 2 एनएम है।

क्लोरोफिल के अणु ध्रुवीय होते हैं, इसके पोर्फिरिन कोर में हाइड्रोफिलिक गुण होते हैं, और फाइटोल अंत हाइड्रोफोबिक होता है। क्लोरोफिल अणु की यह संपत्ति क्लोरोप्लास्ट झिल्ली में अपना विशिष्ट स्थान निर्धारित करती है।

अणु का पोर्फिरिन भाग प्रोटीन से जुड़ा होता है, जबकि फाइटोल भाग लिपिड परत में डूबा रहता है।

एक जीवित अक्षुण्ण कोशिका के क्लोरोफिल में प्रतिवर्ती फोटोऑक्सीडेशन और फोटोरिडक्शन की क्षमता होती है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की क्षमता मोबाइल पी-इलेक्ट्रॉनों और एन परमाणुओं के साथ अनिश्चित इलेक्ट्रॉनों के साथ संयुग्मित डबल बॉन्ड के क्लोरोफिल अणु में उपस्थिति से जुड़ी है।

शारीरिक भूमिका

1) प्रकाश ऊर्जा को चुनिंदा रूप से अवशोषित करें,

2) इसे इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में संग्रहित करें,

3) प्रकाश रासायनिक रूप से उत्तेजित अवस्था की ऊर्जा को प्राथमिक फोटोरिड्यूस्ड और फोटोऑक्सीडाइज्ड यौगिकों की रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

· कैरोटीनॉयड - यह पीले, नारंगी, लाल रंग के वसा में घुलनशील वर्णक - सभी पौधों के क्लोरोप्लास्ट में मौजूद होते हैं। कैरोटीनॉयड सभी उच्च पौधों और कई सूक्ष्मजीवों में पाए जाते हैं। ये विभिन्न प्रकार के कार्यों के साथ सबसे आम रंजक हैं। प्रकाश स्पेक्ट्रम के बैंगनी-नीले और नीले भागों में कैरोटीनॉयड का अधिकतम अवशोषण होता है। वे क्लोरोफिल के विपरीत, प्रतिदीप्ति में सक्षम नहीं हैं।

कैरोटीनॉयड में यौगिकों के 3 समूह शामिल हैं:

नारंगी या लाल कैरोटीन;

पीला ज़ैंथोफिल;

कैरोटीनॉयड एसिड।

शारीरिक भूमिका

1) अतिरिक्त पिगमेंट के रूप में प्रकाश अवशोषण;

2) अपरिवर्तनीय फोटोऑक्सीडेशन से क्लोरोफिल अणुओं का संरक्षण;

3) सक्रिय रेडिकल्स की शमन;

4) फोटोट्रोपिज्म में भाग लें, टीके। शूट विकास की दिशा में योगदान करें।

· फाइकोबिलिन्स - यह साइनोबैक्टीरिया और कुछ शैवाल में पाए जाने वाले लाल और नीले वर्णक। फाइकोबिलिन में लगातार 4 पायरोल के छल्ले होते हैं। फाइकोबिलिन ग्लोब्युलिन प्रोटीन के क्रोमोफोर समूह हैं जिन्हें फाइकोबिलिन प्रोटीन कहा जाता है। इसमें बांटा गया है:

- फाइकोएरिथ्रिन -लाल गिलहरी;

- फ़ाइकोसायनिन -नीली-नीली गिलहरी;

- एलोफाइकोसायनिन -नीली गिलहरी।

इन सभी में प्रतिदीप्ति क्षमता होती है। प्रकाश स्पेक्ट्रम के नारंगी, पीले और हरे भागों में फाइकोबिलिन का अधिकतम अवशोषण होता है और शैवाल को पानी में प्रवेश करने वाले प्रकाश का बेहतर उपयोग करने की अनुमति देता है।

30 मीटर की गहराई पर, लाल किरणें पूरी तरह से गायब हो जाती हैं।

180 मीटर की गहराई पर - पीला

320 मीटर की गहराई पर - हरा

500 मीटर से अधिक की गहराई पर, नीली और बैंगनी किरणें प्रवेश नहीं कर पाती हैं।

फाइकोबिलिन अतिरिक्त रंजक हैं। फाइकोबिलिन द्वारा अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा का लगभग 90% क्लोरोफिल में स्थानांतरित हो जाता है।

शारीरिक भूमिका

1) फाइकोबिलिन का प्रकाश अवशोषण मैक्सिमा क्लोरोफिल के दो अवशोषण मैक्सिमा के बीच होता है: स्पेक्ट्रम के नारंगी, पीले और हरे भागों में।

2) फाइकोबिलिन शैवाल में एक हल्के संचयन परिसर के कार्य करते हैं।

3) पौधों में फाइकोबिलिन-फाइटोक्रोम होता है, यह प्रकाश संश्लेषण में भाग नहीं लेता है, लेकिन एक लाल बत्ती फोटोरिसेप्टर है और पौधों की कोशिकाओं में एक नियामक कार्य करता है।

फोटोफिजिकल चरण का सार। फोटोकैमिकल चरण। चक्रीय और गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन।

फोटोफिजिकल चरण का सार

फोटोफिजिकल चरण सबसे महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक प्रणाली की ऊर्जा के संक्रमण और परिवर्तन को दूसरे में (निर्जीव से जीवित) करता है।

फोटोकैमिकल चरण

प्रकाश संश्लेषण की फोटो-रासायनिक प्रतिक्रियाएं- ये ऐसी प्रतिक्रियाएँ हैं जिनमें प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, मुख्य रूप से फॉस्फोरस बंधों की ऊर्जा में एटीपी. यह एटीपी है जो सभी प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को सुनिश्चित करता है, एक ही समय में, प्रकाश की क्रिया के तहत, पानी कम हो जाता है एनएडीपीऔर बाहर खड़े हो जाओ O2.

अवशोषित प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा प्रकाश-संग्रह परिसर के पिगमेंट के सैकड़ों अणुओं से एक अणु-क्लोरोफिल-ट्रैप में प्रवाहित होती है, जो एक स्वीकर्ता को एक इलेक्ट्रॉन देती है - यह ऑक्सीकृत होता है। इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रवेश करता है, यह माना जाता है कि प्रकाश-संग्रह परिसर में 3 भाग होते हैं:

मुख्य एंटीना घटक

दो फोटो फिक्सिंग सिस्टम।

एंटीना क्लोरोफिल का परिसर क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स की झिल्ली की मोटाई में डूबा हुआ है; पिगमेंट के एंटीना अणुओं का संयोजन और प्रतिक्रिया केंद्र प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में फोटोसिस्टम बनाता है 2 फोटोसिस्टम शामिल हैं:

यह स्थापित किया गया है फोटोसिस्टम 1शामिल लाइट फोकसिंग पिगमेंट और रिएक्शन सेंटर 1,

· फोटोसिस्टम 2शामिल प्रकाश-केंद्रित वर्णकऔर प्रतिक्रिया केंद्र 2.

क्लोरोफिल ट्रैप फोटोसिस्टम 1लंबी तरंग दैर्ध्य प्रकाश को अवशोषित करता है 700 एनएम. क्षण मेंप्रणाली 680 एनएम. प्रकाश इन दो फोटोसिस्टम द्वारा अलग-अलग अवशोषित होता है और प्रकाश संश्लेषण के सामान्य कार्यान्वयन के लिए उनकी एक साथ भागीदारी की आवश्यकता होती है। कैरियर चेन ट्रांसपोर्ट में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जिसमें या तो एक हाइड्रोजन परमाणु या एक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होता है।

इलेक्ट्रॉन प्रवाह दो प्रकार के होते हैं:

· चक्रीय

गैर-चक्रीय।

इलेक्ट्रॉनों के चक्रीय प्रवाह के साथएक क्लोरोफिल अणु से क्लोरोफिल अणु से स्वीकर्ता को स्थानांतरित कर दिया जाता है और इसे वापस लौटा दिया जाता है , गैर-चक्रीय प्रवाह के साथ पानी का फोटोऑक्सीडेशन होता है और एक इलेक्ट्रॉन का पानी से NADP में स्थानांतरण होता है , रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का आंशिक रूप से एटीपी के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।

फोटोसिस्टम आई

लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स I में लगभग 200 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

फोटोसिस्टम II

फोटोसिस्टम - एसएससी, फोटोकैमिकल रिएक्शन सेंटर और इलेक्ट्रॉन वाहक का संयोजन। लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स II में 200 क्लोरोफिल ए अणु, 100 क्लोरोफिल बी अणु, 50 कैरोटीनॉयड और 2 फियोफाइटिन अणु होते हैं। फोटोसिस्टम II का प्रतिक्रिया केंद्र थायलाकोइड झिल्ली में स्थित एक वर्णक-प्रोटीन परिसर है और सीएससी से घिरा हुआ है। इसमें 680 एनएम (P680) पर अधिकतम अवशोषण के साथ क्लोरोफिल ए का एक डिमर होता है। अंततः, एसएससी से एक प्रकाश क्वांटम की ऊर्जा को इसमें स्थानांतरित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों में से एक उच्च ऊर्जा अवस्था में जाता है, नाभिक के साथ इसका संबंध कमजोर हो जाता है, और उत्तेजित P680 अणु एक मजबूत कम करने वाला एजेंट बन जाता है। (ई0 = -0.7 वी)।

P680 फियोफाइटिन को कम करता है, फिर इलेक्ट्रॉन को क्विनोन में स्थानांतरित किया जाता है जो पीएस II और फिर प्लास्टोक्विनोन का हिस्सा होते हैं, जिन्हें कम रूप में बी6एफ कॉम्प्लेक्स में ले जाया जाता है। एक प्लास्टोक्विनोन अणु में 2 इलेक्ट्रॉन और 2 प्रोटॉन होते हैं, जो स्ट्रोमा से लिए जाते हैं।

P680 अणु में इलेक्ट्रॉन रिक्ति का भरना पानी के कारण होता है। PS II में सक्रिय केंद्र में 4 मैंगनीज आयनों वाला एक जल-ऑक्सीकरण परिसर होता है। एक ऑक्सीजन अणु बनाने के लिए पानी के दो अणुओं की आवश्यकता होती है, जिससे 4 इलेक्ट्रॉन मिलते हैं। इसलिए, प्रक्रिया 4 चक्रों में की जाती है, और इसके पूर्ण कार्यान्वयन के लिए 4 प्रकाश क्वांटा की आवश्यकता होती है। कॉम्प्लेक्स इंट्राथाइलेकॉइड स्पेस के किनारे स्थित है और परिणामस्वरूप 4 प्रोटॉन इसमें बाहर निकल जाते हैं।

इस प्रकार, PS II कार्य का कुल परिणाम 2 पानी के अणुओं का ऑक्सीकरण है, जिसमें 4 प्रकाश क्वांटा की मदद से इंट्राथाइलेकॉइड स्पेस में 4 प्रोटॉन और झिल्ली में 2 कम प्लास्टोक्विनोन बनते हैं।

प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण। विद्युत रासायनिक क्षमता के एक ट्रांसमेम्ब्रेन ग्रेडिएंट के गठन के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन के संयुग्मन का तंत्र। एटीपी-सिंथेटेस कॉम्प्लेक्स का संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन और तंत्र।

प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण- एडीपी से एटीपी का संश्लेषण और क्लोरोप्लास्ट में अकार्बनिक फास्फोरस, प्रकाश-प्रेरित इलेक्ट्रॉन परिवहन के साथ मिलकर।

तदनुसार, दो प्रकार के इलेक्ट्रॉन प्रवाह को चक्रीय और गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के बीच प्रतिष्ठित किया जाता है।

चक्रीय प्रवाह की श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण एटीपी के दो उच्च-ऊर्जा बंधों के संश्लेषण से जुड़ा है। फोटोसिस्टम I के प्रतिक्रिया केंद्र के वर्णक द्वारा अवशोषित सभी प्रकाश ऊर्जा केवल एटीपी के संश्लेषण पर खर्च की जाती है। चक्रीय एफ एफ पर। कार्बन चक्र के लिए कोई अपचयन समतुल्य नहीं बनता है और कोई O2 नहीं निकलता है। चक्रीय एफ। एफ। समीकरण द्वारा वर्णित है:

गैर-चक्रीय एफ। एफ। फोटोसिस्टम I और II NADP + के वाहक के माध्यम से पानी से इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से जुड़ा हुआ है। इस प्रक्रिया में प्रकाश की ऊर्जा एटीपी के उच्च-ऊर्जा बांड, एनएडीपीएच2 के घटे हुए रूप और आणविक ऑक्सीजन में संग्रहित होती है। एक अचक्रीय F. f का कुल समीकरण। अगले:

एक ट्रांसमेम्ब्रेन इलेक्ट्रोकेमिकल संभावित ढाल के गठन के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन के युग्मन का तंत्र

रसायन विज्ञान सिद्धांत।इलेक्ट्रॉन वाहक विषम रूप से झिल्लियों में स्थानीयकृत होते हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन वाहक (साइटोक्रोमेस) इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन वाहक (प्लास्टोक्विनोन) के साथ वैकल्पिक होते हैं। प्लास्टोक्विनोन अणु पहले दो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है: HRP + 2e - -> HRP -2।

प्लास्टोक्विनोन - क्विनोन का एक व्युत्पन्न, पूरी तरह से ऑक्सीकृत अवस्था में दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं जो कार्बन रिंग से दोहरे बंधन से जुड़े होते हैं। पूरी तरह से कम अवस्था में, बेंजीन रिंग में ऑक्सीजन परमाणु प्रोटॉन के साथ जुड़ते हैं: विद्युत रूप से तटस्थ रूप के गठन के साथ: PX -2 + 2H + -> PCN 2। प्रोटॉन थायलाकोइड के भीतर अंतरिक्ष में छोड़े जाते हैं। इस प्रकार, जब इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को Chl 680 से Chl 700 में स्थानांतरित किया जाता है, तो प्रोटॉन थायलाकोइड्स के आंतरिक स्थान में जमा हो जाते हैं। स्ट्रोमा से इंट्राथाइलेकॉइड अंतरिक्ष में प्रोटॉन के सक्रिय हस्तांतरण के परिणामस्वरूप, झिल्ली पर हाइड्रोजन (ΔμH +) की एक विद्युत रासायनिक क्षमता बनाई जाती है, जिसमें दो घटक होते हैं: रासायनिक ΔμH (एकाग्रता), जिसके परिणामस्वरूप एच का असमान वितरण होता है। झिल्ली के विभिन्न पक्षों पर + आयन, और विद्युत, विपरीत आवेश के कारण विभिन्न दलझिल्ली (झिल्ली के अंदर प्रोटॉन के संचय के कारण)।

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एटीपी-सिंथेटेस कॉम्प्लेक्स के संचालन का संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन और तंत्र

संरचनात्मक-कार्यात्मक संगठन।झिल्ली के पार प्रोटॉन का प्रसार एक मैक्रोमोलेक्यूलर एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा युग्मित होता है जिसे कहा जाता है एटीपी सिंथेज़ या युग्मन कारक. यह परिसर आकार में एक मशरूम जैसा दिखता है और इसमें दो भाग होते हैं - संयुग्मन कारक: झिल्ली के बाहर एक गोल टोपी F 1 (एंजाइम का उत्प्रेरक केंद्र इसमें स्थित होता है), और एक पैर झिल्ली में डूबा हुआ होता है। झिल्ली वाले हिस्से में पॉलीपेप्टाइड सबयूनिट्स होते हैं और झिल्ली में एक प्रोटॉन चैनल बनाते हैं, जिसके माध्यम से हाइड्रोजन आयन संयुग्मन कारक F 1 में प्रवेश करते हैं। प्रोटीन एफ 1 एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जिसमें एक झिल्ली होती है, जबकि यह एटीपी के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करने की क्षमता रखता है। पृथक एफ 1 एटीपी को संश्लेषित करने में सक्षम नहीं है। एटीपी को संश्लेषित करने की क्षमता झिल्ली में एम्बेडेड एकल एफ 0-एफ 1 कॉम्प्लेक्स की संपत्ति है। यह इस तथ्य के कारण है कि एटीपी के संश्लेषण में एटीपी सिंथेज़ का कार्य इसके माध्यम से प्रोटॉन के हस्तांतरण से जुड़ा है। प्रोटॉन का निर्देशित परिवहन तभी संभव है जब एटीपी सिंथेज़ झिल्ली में निर्मित हो।

कार्य तंत्र।फॉस्फोराइलेशन (प्रत्यक्ष तंत्र और अप्रत्यक्ष) के तंत्र के संबंध में दो परिकल्पनाएँ हैं। पहली परिकल्पना के अनुसार, फॉस्फेट समूह और एडीपी एफ1 परिसर के सक्रिय स्थल में एंजाइम से जुड़ते हैं। दो प्रोटॉन एक सांद्रता प्रवणता के साथ चैनल के माध्यम से यात्रा करते हैं और पानी बनाने के लिए फॉस्फेट के ऑक्सीजन के साथ जुड़ते हैं। दूसरी परिकल्पना के अनुसार, (अप्रत्यक्ष तंत्र), एडीपी और अकार्बनिक फास्फोरस एंजाइम की सक्रिय साइट में अनायास जुड़ जाते हैं। हालांकि, परिणामी एटीपी एंजाइम के लिए दृढ़ता से बाध्य है और इसे जारी करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऊर्जा की आपूर्ति प्रोटॉन द्वारा की जाती है, जो एंजाइम से बंध कर, इसकी संरचना को बदल देता है, जिसके बाद एटीपी जारी होता है।

C4 प्रकाश संश्लेषण मार्ग

सी 4 - प्रकाश संश्लेषण का मार्ग या हैच-स्लैक चक्र

ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों एम। हैच और के। स्लैक ने प्रकाश संश्लेषण के सी 4-पथ का वर्णन किया, मोनोकॉट्स के उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकटिबंधीय पौधों की विशेषता और 16 परिवारों (गन्ना, मक्का, आदि) के द्विबीजपत्री। सबसे खराब खरपतवार C4 पौधे हैं, और अधिकांश फसलें C3 पौधे हैं। इन पौधों की पत्तियों में दो प्रकार के क्लोरोप्लास्ट होते हैं: मेसोफिल कोशिकाओं और बड़े क्लोरोप्लास्ट्स में सामान्य, ग्राना और फोटोसिस्टम II की कमी, संवहनी बंडलों के आसपास की म्यान कोशिकाओं में।

मेसोफिल कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में, फ़ॉस्फ़ोनिओलपाइरुवेट कार्बोक्सिलेज़ CO2 को फ़ॉस्फ़ोनिओलपाइरुविक एसिड में जोड़ता है, जिससे ऑक्सालोएसेटिक एसिड बनता है। इसे क्लोरोप्लास्ट में ले जाया जाता है, जहां यह एनएडीपीएच (एंजाइम एनएडीपी +-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज) की भागीदारी के साथ मैलिक एसिड में कम हो जाता है। अमोनियम आयनों की उपस्थिति में, ऑक्सालोएसेटिक एसिड को एसपारटिक एसिड (एंजाइम एस्पार्टेट एमिनोट्रांस्फरेज़) में बदल दिया जाता है। मैलिक और (या) एसपारटिक एसिड अस्तर कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में गुजरते हैं, पाइरुविक एसिड और सीओ 2 के लिए डीकार्बाक्सिलेटेड होते हैं। CO 2 को केल्विन चक्र में शामिल किया जाता है, और पाइरुविक एसिड को मेसोफिल कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है, जहां इसे फॉस्फोनिओलपीरुविक एसिड में परिवर्तित किया जाता है।

किस एसिड के आधार पर - मैलेट या एस्पार्टेट - अस्तर कोशिकाओं में पहुँचाया जाता है, पौधों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: मैलेट और एस्पार्टेट। म्यान कोशिकाओं में, ये C4 एसिड डीकार्बाक्सिलेटेड होते हैं, जो विभिन्न एंजाइमों की भागीदारी के साथ विभिन्न पौधों में होते हैं: NADP+-निर्भर डिकार्बोक्सिलेटिंग मैलेट डिहाइड्रोजनेज (NADP+-MDH), NAD+-निर्भर डिकार्बोक्सिलेटिंग मैलेट डिहाइड्रोजनेज (मलिक-एंजाइम, NAD+-MDH) और FEP-carboxykinase (FEP-KK)। इसलिए, पौधों को आगे तीन उपप्रकारों में विभाजित किया जाता है: NADP+-MDH-पौधे, NAD+-MDH-पौधे FEP-KK-पौधे।

यह तंत्र उच्च तापमान के कारण पौधों को बंद रंध्रों के साथ प्रकाश संश्लेषण करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, केल्विन चक्र के उत्पाद संवहनी बंडलों के आसपास के म्यान कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में बनते हैं। यह फोटोएसिमिलेट्स के तेजी से बहिर्वाह में योगदान देता है और जिससे प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता बढ़ जाती है।

Crassula (succulents) -CAM पथ के प्रकार के अनुसार प्रकाश संश्लेषण।

शुष्क स्थानों में रसीले पौधे होते हैं जिनमें वाष्पोत्सर्जन को कम करने के लिए रंध्र रात में खुले रहते हैं और दिन में बंद रहते हैं। वर्तमान में, इस प्रकार का प्रकाश संश्लेषण 25 परिवारों के प्रतिनिधियों में पाया जाता है।

रसीलों में (कैक्टी और क्रसुला परिवार के पौधे ( क्रसुलेसी) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया अंतरिक्ष में नहीं, अन्य सी 4 पौधों की तरह, लेकिन समय में अलग हो जाती है। इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को सीएएम (क्रैसुलेशन एसिड मेटाबोलिज्म) मार्ग कहा जाता है। वाष्पोत्सर्जन के दौरान पानी के नुकसान को रोकने के लिए रंध्र आमतौर पर दिन के दौरान बंद रहते हैं और रात में खुले रहते हैं। अंधेरे में, CO 2 पत्तियों में प्रवेश करती है, जहां फ़ॉस्फ़ोनिओलपाइरूवेट कार्बोक्सिलेज़ इसे फ़ॉस्फ़ोनिओलपाइरुविक एसिड से जोड़ता है, जिससे ऑक्सालोएसिटिक एसिड बनता है। यह एनएडीपीएच पर निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा मैलिक एसिड में कम हो जाता है, जो रसधानियों में जमा हो जाता है। दिन के दौरान, मैलिक एसिड रसधानी से साइटोप्लाज्म में जाता है, जहां यह सीओ 2 और पाइरुविक एसिड बनाने के लिए डीकार्बाक्सिलेटेड होता है। CO2 क्लोरोप्लास्ट में फैलती है और केल्विन चक्र में प्रवेश करती है।

तो, प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण को समय में विभाजित किया गया है: रात में सीओ 2 अवशोषण, और दिन के दौरान बहाल किया जाता है, पीईए से मैलेट बनता है, ऊतकों में कार्बोक्सिलेशन दो बार होता है: पीईपी रात में कार्बोक्जिलेटेड होता है, आरयूबीएफ दिन के दौरान कार्बोक्जिलेटेड होता है।

CAM संयंत्रों को दो प्रकारों में बांटा गया है: NADP-MDH संयंत्र, PEP-KK संयंत्र।

C4 की तरह, CAM प्रकार अतिरिक्त है, ऊंचे तापमान या नमी की कमी की स्थिति में जीवन के अनुकूल पौधों में C3 चक्र को CO2 की आपूर्ति करता है। कुछ पौधों में, यह चक्र हमेशा कार्य करता है, दूसरों में - केवल प्रतिकूल परिस्थितियों में।

प्रकाश श्वसन।

प्रकाश-श्वसन CO2 के विमोचन और O2 ग्रहण की एक प्रकाश-सक्रिय प्रक्रिया है। चूँकि प्रकाश श्वसन का प्राथमिक उत्पाद ग्लाइकोलिक अम्ल है, इसलिए इसे ग्लाइकोलेट मार्ग भी कहा जाता है। हवा में कम सीओ 2 और उच्च ओ 2 सांद्रता द्वारा प्रकाश श्वसन को बढ़ाया जाता है। इन शर्तों के तहत, क्लोरोप्लास्ट राइबुलोज बिस्फेट कार्बोक्सिलेज राइबुलोज-1,5-डाइफॉस्फेट के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित नहीं करता है, बल्कि 3-फॉस्फोग्लिसरिक और 2-फॉस्फोग्लाइकोलिक एसिड में इसकी दरार को उत्प्रेरित करता है। बाद वाले को ग्लाइकोलिक एसिड बनाने के लिए डिफॉस्फोराइलेट किया जाता है।

क्लोरोप्लास्ट से ग्लाइकोलिक एसिड पेरोक्सीसोम में जाता है, जहां इसे ग्लाइकोलेट ऑक्सीडेज द्वारा ग्लाइऑक्सीलिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जाता है। परिणामी हाइड्रोजन पेरोक्साइड पेरोक्सीसोम में मौजूद कैटालेज द्वारा विघटित हो जाता है। ग्लाइऑक्सिलिक एसिड ग्लाइसीन बनाने के लिए अमिनेटेड है। ग्लाइसिन को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाया जाता है, जहां दो ग्लाइसीन अणुओं से सेरीन को संश्लेषित किया जाता है और सीओ 2 जारी किया जाता है।

सेरीन पेरोक्सीसोम में प्रवेश कर सकता है और, एमिनोट्रांस्फरेज़ की क्रिया के तहत, अमीनो समूह को एलेनिन के गठन के साथ पाइरुविक एसिड में स्थानांतरित करता है, और खुद हाइड्रॉक्सिप्यूरुविक एसिड में बदल जाता है। बाद वाला, NADPH की भागीदारी के साथ, ग्लिसरिक एसिड में कम हो जाता है। यह क्लोरोप्लास्ट में जाता है, जहां यह केल्विन चक्र में शामिल होता है और 3 PHA बनता है।

पौधे की सांस

जीवित कोशिका खुली होती है ऊर्जा प्रणाली, यह ऊर्जा के निरंतर प्रवाह के कारण अपनी वैयक्तिकता को जीवित और संरक्षित करता है। जैसे ही यह प्रवाह बंद हो जाता है, जीव की अव्यवस्था और मृत्यु शुरू हो जाती है। कार्बनिक पदार्थों में प्रकाश संश्लेषण के दौरान संग्रहीत सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को फिर से जारी किया जाता है और विभिन्न जीवन प्रक्रियाओं के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रकृति में, दो मुख्य प्रक्रियाएँ होती हैं जिनके दौरान कार्बनिक पदार्थों में संग्रहीत सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा निकलती है, ये श्वसन और किण्वन हैं। श्वसन कार्बनिक यौगिकों का सरल अकार्बनिक यौगिकों में ऊर्जा की रिहाई के साथ एरोबिक ऑक्सीडेटिव टूटना है। किण्वन ऊर्जा की रिहाई के साथ, सरल लोगों में कार्बनिक यौगिकों के अपघटन की एक अवायवीय प्रक्रिया है। श्वसन के मामले में, ऑक्सीजन एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है, किण्वन, कार्बनिक यौगिकों के मामले में।

श्वास प्रक्रिया का कुल समीकरण:

С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 केजे।

श्वसन विनिमय के रास्ते

श्वसन सब्सट्रेट, या कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीकरण के रूपांतरण के लिए दो मुख्य प्रणालियाँ और दो मुख्य मार्ग हैं:

1) ग्लाइकोलाइसिस + क्रेब्स चक्र (ग्लाइकोलाइटिक); श्वसन विनिमय का यह मार्ग सबसे आम है और बदले में, इसमें दो चरण होते हैं। पहला चरण एनारोबिक (ग्लाइकोलाइसिस) है, दूसरा चरण एरोबिक है। इन चरणों को सेल के विभिन्न डिब्बों में स्थानीयकृत किया जाता है। ग्लाइकोलाइसिस का अवायवीय चरण साइटोप्लाज्म में होता है, एरोबिक चरण माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। आमतौर पर, श्वसन के रसायन पर ग्लूकोज से विचार करना शुरू किया जाता है। इसी समय, पौधों की कोशिकाओं में थोड़ा ग्लूकोज होता है, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद पौधे या भंडारण कार्बोहाइड्रेट (स्टार्च, आदि) में चीनी के मुख्य परिवहन रूप के रूप में सुक्रोज होते हैं। इसलिए, श्वसन के लिए एक सब्सट्रेट बनने के लिए, ग्लूकोज बनाने के लिए सुक्रोज और स्टार्च को हाइड्रोलाइज्ड किया जाना चाहिए।

2) पेंटोस फॉस्फेट (एपोटोमिक)। इन श्वसन पथों की सापेक्ष भूमिका पौधों के प्रकार, आयु, विकासात्मक चरण और पर्यावरणीय कारकों के आधार पर भिन्न हो सकती है। पादप श्वसन की प्रक्रिया सभी में संपन्न होती है बाहरी परिस्थितियाँजिसके तहत जीवन संभव है। पौधे के जीव में तापमान नियमन के लिए अनुकूलन नहीं होता है, इसलिए श्वसन प्रक्रिया -50 से +50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जाती है। सभी ऊतकों में ऑक्सीजन का समान वितरण बनाए रखने के लिए पौधों में कोई अनुकूलन नहीं होता है। यह विभिन्न परिस्थितियों में श्वसन की प्रक्रिया को पूरा करने की आवश्यकता थी जिसने श्वसन विनिमय के विभिन्न मार्गों के विकास की प्रक्रिया में विकास किया और श्वसन के अलग-अलग चरणों को पूरा करने वाले एंजाइम प्रणालियों की एक और भी अधिक विविधता के लिए। शरीर में सभी चयापचय प्रक्रियाओं के संबंध पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है। श्वसन विनिमय के तरीके को बदलने से पौधों के संपूर्ण चयापचय में गहरा परिवर्तन होता है।

शक्तिशाली

11 एटीपी सीके और श्वसन के काम के परिणामस्वरूप और 1 एटीपी सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण के परिणामस्वरूप बनता है। इस प्रतिक्रिया के दौरान, जीटीपी का एक अणु बनता है (रिफॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया एटीपी के गठन की ओर ले जाती है)।

एरोबिक परिस्थितियों में सीके का 1 कारोबार 12 एटीपी के गठन की ओर जाता है

एकीकृत

सीके के स्तर पर, प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के अपचय के मार्ग संयुक्त होते हैं। क्रेब्स चक्र केंद्रीय चयापचय मार्ग है जो कोशिका के सबसे महत्वपूर्ण घटकों के क्षय और संश्लेषण की प्रक्रियाओं को जोड़ता है।

उभयचर

सीके मेटाबोलाइट्स उनके स्तर पर महत्वपूर्ण हैं, एक प्रकार के एक्सचेंज से दूसरे में स्विचिंग हो सकती है।

13.ETS: अवयव स्थानीयकरण। ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण का तंत्र। मिशेल का रसायन विज्ञान सिद्धांत।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला- यह क्लोरोप्लास्ट झिल्ली में एक निश्चित तरीके से स्थित रेडॉक्स एजेंटों की एक श्रृंखला है, जो पानी से एनएडीपी + तक फोटोप्रेरित इलेक्ट्रॉन परिवहन करती है। प्रकाश संश्लेषण के ईटीसी के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन की प्रेरक शक्ति दो फोटोसिस्टम (पीएस) के प्रतिक्रिया केंद्रों (आरसी) में रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं हैं। PS I RC में प्राथमिक चार्ज पृथक्करण एक मजबूत कम करने वाले एजेंट A0 के गठन की ओर जाता है, जिसकी रेडॉक्स क्षमता मध्यवर्ती वाहकों की एक श्रृंखला के माध्यम से NADP + की कमी सुनिश्चित करती है। पीएसआईआई आरसी में, फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट पी 680 के गठन की ओर ले जाती हैं, जो जल ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन विकास के लिए रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का कारण बनती है। PS I RC में गठित P700 की कमी मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन वाहक (प्लास्टोक्विनोन, साइटोक्रोम कॉम्प्लेक्स के रेडॉक्स कॉफ़ेक्टर्स, और प्लास्टोसायनिन) की भागीदारी के साथ फोटोसिस्टम II द्वारा पानी से जुटाए गए इलेक्ट्रॉनों के कारण होती है। प्रतिक्रिया केंद्रों में प्राथमिक फोटोप्रेरित आवेश पृथक्करण प्रतिक्रियाओं के विपरीत, जो थर्मोडायनामिक ढाल के खिलाफ जाते हैं, ईटीसी के अन्य भागों में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण रेडॉक्स संभावित ढाल का अनुसरण करता है और ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है, जिसका उपयोग एटीपी संश्लेषण के लिए किया जाता है।

माइटोकॉन्ड्रियल ईटीसी घटकों को निम्नलिखित क्रम में व्यवस्थित किया गया है:

एनएडीएच या सक्सिनेट से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को ईटीसी के माध्यम से ऑक्सीजन में स्थानांतरित किया जाता है, जो दो प्रोटॉन को पुनर्प्राप्त और जोड़कर पानी बनाता है।

प्रकाश संश्लेषण की परिभाषा और सामान्य विशेषताएँ, प्रकाश संश्लेषण का अर्थ

प्रकाश संश्लेषण हैप्रकाश संश्लेषक वर्णक की भागीदारी के साथ प्रकाश में CO2 और H2O से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया।

जैव रासायनिक दृष्टिकोण से, प्रकाश संश्लेषण हैअकार्बनिक पदार्थों CO2 और H2O के स्थिर अणुओं को कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में बदलने की रेडॉक्स प्रक्रिया - कार्बोहाइड्रेट.

सामान्य विशेषताएँ

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + O 2

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण और कई चरण होते हैं जो क्रमिक रूप से चलते हैं।

मैं प्रकाश चरण

1. फोटोफिजिकल स्टेज- क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली में होता है और वर्णक प्रणालियों द्वारा सौर ऊर्जा के अवशोषण से जुड़ा होता है।

2. फोटोकैमिकल चरण- क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली में गुजरता है और सौर ऊर्जा को एटीपी और एनएडीपीएच2 की रासायनिक ऊर्जा में बदलने और पानी के फोटोलिसिस से जुड़ा होता है।

II डार्क फेज

3. जैव रासायनिक चरण या केल्विन चक्र- क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है। इस अवस्था में कार्बन डाइऑक्साइड कार्बोहाइड्रेट में अपचयित हो जाती है।

अर्थ

1. हवा में CO2 की स्थिरता सुनिश्चित करना।प्रकाश संश्लेषण के दौरान सीओ 2 का बंधन अन्य प्रक्रियाओं (श्वसन, किण्वन, ज्वालामुखीय गतिविधि, मानव उत्पादन गतिविधि) के परिणामस्वरूप इसकी रिहाई के लिए काफी हद तक क्षतिपूर्ति करता है।

2. ग्रीनहाउस प्रभाव के विकास को रोकता है।सूर्य के प्रकाश का एक हिस्सा थर्मल इन्फ्रारेड किरणों के रूप में पृथ्वी की सतह से परावर्तित होता है। CO2 अवरक्त विकिरण को अवशोषित करती है और इस प्रकार पृथ्वी को गर्म रखती है। वातावरण में CO2 की मात्रा बढ़ने से तापमान में वृद्धि हो सकती है, अर्थात ग्रीनहाउस प्रभाव पैदा हो सकता है। हालांकि, हवा में सीओ 2 की उच्च सामग्री प्रकाश संश्लेषण को सक्रिय करती है और इसके परिणामस्वरूप, हवा में सीओ 2 की एकाग्रता फिर से घट जाएगी।

3. वायुमण्डल में ऑक्सीजन का संचयन।प्रारंभ में, पृथ्वी के वायुमंडल में बहुत कम ऑक्सीजन थी। अब इसकी सामग्री हवा की मात्रा से 21% है। मूल रूप से, यह ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण का एक उत्पाद है।

4. ओजोन स्क्रीन।लगभग 25 किमी की ऊँचाई पर सौर विकिरण की क्रिया के तहत ऑक्सीजन अणुओं के प्रकाशविघटन के परिणामस्वरूप ओजोन (O 3) का निर्माण होता है। पृथ्वी पर सभी जीवन को विनाशकारी किरणों से बचाता है।

इसके अनुसार, क्लोरोफिल और क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण प्रतिष्ठित हैं।

क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण

क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण की प्रणाली संगठन की काफी सरलता से प्रतिष्ठित है, और इसलिए इसे विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा को संचय करने के लिए क्रमिक रूप से प्राथमिक तंत्र माना जाता है। ऊर्जा रूपांतरण तंत्र के रूप में क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण की दक्षता अपेक्षाकृत कम है (प्रति अवशोषित क्वांटम में केवल एक एच + स्थानांतरित किया जाता है)।

हेलोफिलिक आर्किया में डिस्कवरी

डाइटर ओस्टरहेल्ट और वाल्थर स्टोकेनियस ने "बैंगनी झिल्लियों" में हेलोफिलिक आर्किया के एक प्रतिनिधि की पहचान की हेलोबैक्टीरियम सैलिनारियम(पूर्व नाम एन हेलोबियम) एक प्रोटीन जिसे बाद में बैक्टीरियोहोडोप्सिन नाम दिया गया। जल्द ही, तथ्य यह दर्शाते हुए जमा हो गए कि बैक्टीरियोहोडोप्सिन प्रोटॉन ग्रेडिएंट का एक प्रकाश-निर्भर जनरेटर है। विशेष रूप से, बैक्टीरियोरोडोप्सिन और माइटोकॉन्ड्रियल एटीपी सिंथेज़ युक्त कृत्रिम पुटिकाओं पर फोटोफॉस्फोराइलेशन का प्रदर्शन किया गया था, बरकरार कोशिकाओं में फोटोफॉस्फोराइलेशन एच. सैलिनारियम, मध्यम के पीएच में एक प्रकाश-प्रेरित गिरावट, और श्वसन का दमन, जो सभी बैक्टीरियोरोडोप्सिन के अवशोषण स्पेक्ट्रम के साथ सहसंबद्ध हैं। इस प्रकार, क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण के अस्तित्व का अकाट्य प्रमाण प्राप्त हुआ।

तंत्र

अत्यधिक हेलोबैक्टीरिया का प्रकाश संश्लेषक उपकरण वर्तमान में ज्ञात सबसे आदिम है; इसमें इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का अभाव है। कोशिकाद्रव्य की झिल्ली हेलोबैक्टीरियाएक संयुग्मन झिल्ली है जिसमें दो मुख्य घटक होते हैं: एक प्रकाश-निर्भर प्रोटॉन पंप (बैक्टीरियोरोडोप्सिन) और एटीपी सिंथेज़। ऐसे प्रकाश संश्लेषक उपकरण का संचालन निम्नलिखित ऊर्जा परिवर्तनों पर आधारित है:

बैक्टीरियोहोडोप्सिन क्रोमोफोर रेटिनल प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करता है, जो बैक्टीरियोरोडोप्सिन संरचना और साइटोप्लाज्म से पेरिप्लास्मिक स्पेस तक प्रोटॉन परिवहन में परिवर्तन की ओर जाता है। इसके अलावा, ढाल के विद्युत घटक में एक अतिरिक्त योगदान क्लोराइड आयनों के सक्रिय प्रकाश-निर्भर आयात द्वारा किया जाता है, जो हैलोरोडोप्सिन द्वारा प्रदान किया जाता है [ ] . इस प्रकार, बैक्टीरियोरोडोप्सिन के कार्य के परिणामस्वरूप, सौर विकिरण की ऊर्जा झिल्ली पर प्रोटॉन के विद्युत रासायनिक ढाल की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
एटीपी सिंथेज़ के कार्य के दौरान, ट्रांसमेम्ब्रेन ग्रेडिएंट की ऊर्जा एटीपी के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस प्रकार, रसायनपरासारी संयुग्मन किया जाता है।

क्लोरोफिल-मुक्त प्रकार के प्रकाश संश्लेषण में (जैसा कि इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं में चक्रीय प्रवाह के कार्यान्वयन में), कार्बन डाइऑक्साइड के आत्मसात के लिए आवश्यक समतुल्य (कम फेरेडॉक्सिन या एनएडी (पी) एच) को कम करने का कोई गठन नहीं है। इसलिए, क्लोरोफिल-मुक्त प्रकाश संश्लेषण के दौरान, कार्बन डाइऑक्साइड आत्मसात नहीं होता है, लेकिन सौर ऊर्जा विशेष रूप से एटीपी (फोटोफॉस्फोराइलेशन) के रूप में संग्रहीत होती है।

अर्थ

हेलोबैक्टीरिया के लिए ऊर्जा प्राप्त करने का मुख्य तरीका कार्बनिक यौगिकों का एरोबिक ऑक्सीकरण है (कार्बोहाइड्रेट और अमीनो एसिड खेती में उपयोग किए जाते हैं)। ऑक्सीजन की कमी के साथ, क्लोरोफिल-मुक्त प्रकाश संश्लेषण के अलावा, एनारोबिक नाइट्रेट श्वसन या आर्गिनिन और सिट्रूलाइन का किण्वन हेलोबैक्टीरिया के लिए ऊर्जा स्रोतों के रूप में काम कर सकता है। हालांकि, प्रयोग में यह दिखाया गया था कि एनारोबिक श्वसन और किण्वन को दबाने पर एनारोबिक स्थितियों के तहत क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण ऊर्जा के एकमात्र स्रोत के रूप में भी काम कर सकता है। अनिवार्य शर्तउस रेटिना को माध्यम में पेश किया जाता है, जिसके संश्लेषण के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण ऊर्जा भंडारण की बहुत अधिक दक्षता में बैक्टीरियोरोडोप्सिन से भिन्न होता है। विकिरण की प्रत्येक अवशोषित मात्रा के लिए ढाल के खिलाफ कम से कम एक एच + स्थानांतरित किया जाता है, और कुछ मामलों में ऊर्जा को कम यौगिकों (फेरेडॉक्सिन, एनएडीपी) के रूप में संग्रहित किया जाता है।

अनॉक्सीजेनिक

एनोक्सीजेनिक (या एनोक्सिक) प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन की रिहाई के बिना आगे बढ़ता है। बैंगनी और हरे बैक्टीरिया, साथ ही हेलिओबैक्टीरिया, एनोक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण में सक्षम हैं।

एनोक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण के साथ, यह करना संभव है:

प्रकाश-निर्भर चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन, जो समकक्षों को कम करने के गठन के साथ नहीं है और विशेष रूप से एटीपी के रूप में प्रकाश ऊर्जा के भंडारण की ओर जाता है। चक्रीय प्रकाश-निर्भर इलेक्ट्रॉन परिवहन के साथ, बहिर्जात इलेक्ट्रॉन दाताओं की कोई आवश्यकता नहीं है। बहिर्जात कार्बनिक यौगिकों के कारण, एक नियम के रूप में, गैर-प्रकाश रासायनिक साधनों द्वारा समतुल्य को कम करने की आवश्यकता प्रदान की जाती है।
प्रकाश-निर्भर गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन, समकक्षों को कम करने और ADP के संश्लेषण दोनों के साथ। इस मामले में, बहिर्जात इलेक्ट्रॉन दाताओं की आवश्यकता होती है, जो प्रतिक्रिया केंद्र में इलेक्ट्रॉन रिक्ति को भरने के लिए आवश्यक होते हैं। कार्बनिक और अकार्बनिक दोनों कम करने वाले एजेंटों को बहिर्जात इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अकार्बनिक यौगिकों में, सल्फर के विभिन्न कम रूपों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है (हाइड्रोजन सल्फाइड, आणविक सल्फर, सल्फाइट्स, थायोसल्फेट्स, टेट्राथिओनेट्स, थियोग्लाइकोलेट्स), आणविक हाइड्रोजन का उपयोग करना भी संभव है।

ऑक्सीजन

ऑक्सीजेनिक (या ऑक्सीजन) प्रकाश संश्लेषण एक उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन की रिहाई के साथ होता है। ऑक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण में, गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन होता है, हालांकि कुछ शारीरिक स्थितियों के तहत केवल चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन होता है। एक अत्यंत कमजोर इलेक्ट्रॉन दाता, पानी, एक गैर-चक्रीय प्रवाह में इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में उपयोग किया जाता है।

ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण बहुत अधिक व्यापक है। उच्च पौधों, शैवाल, कई प्रोटिस्ट और सायनोबैक्टीरिया की विशेषता।

चरणों

प्रकाश संश्लेषण एक अत्यंत जटिल स्थानिक-लौकिक संगठन वाली प्रक्रिया है।

प्रकाश संश्लेषण के विभिन्न चरणों के चारित्रिक समय का प्रकीर्णन परिमाण के 19 क्रम हैं: प्रकाश क्वांटा के अवशोषण की दर और ऊर्जा प्रवासन को फेमटोसेकंड अंतराल (10–15 s) में मापा जाता है, इलेक्ट्रॉन परिवहन दर में 10- का विशिष्ट समय होता है। 10–10–2 s, और पौधों के विकास से जुड़ी प्रक्रियाओं को दिनों (10 5 −10 7 s) में मापा जाता है।

इसके अलावा, आकार का एक बड़ा बिखराव उन संरचनाओं की विशेषता है जो प्रकाश संश्लेषण के प्रवाह को सुनिश्चित करते हैं: आणविक स्तर (10 −27 मीटर 3) से फाइटोकेनोज के स्तर (10 5 मीटर 3) तक।

प्रकाश संश्लेषण में, अलग-अलग चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, प्रकृति में भिन्नता और प्रक्रियाओं की विशेषता दर:

फोटोफिजिकल;
फोटोकैमिकल;
रासायनिक:
- इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रतिक्रियाएं;
- प्रकाश संश्लेषण के दौरान "डार्क" प्रतिक्रियाएँ या कार्बन चक्र।

पहले चरण में, पिगमेंट द्वारा प्रकाश क्वांटा का अवशोषण होता है, एक उत्तेजित अवस्था में उनका संक्रमण और फोटोसिस्टम के अन्य अणुओं में ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। दूसरे चरण में, प्रतिक्रिया केंद्र में आवेशों का पृथक्करण होता है, प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण, जो एटीपी और एनएडीपीएच के संश्लेषण के साथ समाप्त होता है। पहले दो चरणों को सामूहिक रूप से प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश-निर्भर-चरण- के रूप में संदर्भित किया जाता है। तीसरा चरण पहले से ही प्रकाश की अनिवार्य भागीदारी के बिना होता है और इसमें प्रकाश-निर्भर चरण में संचित ऊर्जा का उपयोग करके कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं। बहुधा, केल्विन चक्र और ग्लूकोनोजेनेसिस, हवा में कार्बन डाइऑक्साइड से शर्करा और स्टार्च का निर्माण, ऐसी प्रतिक्रियाएँ मानी जाती हैं।

स्थानिक स्थानीयकरण

चादर

पादप प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में किया जाता है - प्लास्टिड्स के वर्ग से संबंधित अर्ध-स्वायत्त दो-झिल्ली अंग। क्लोरोप्लास्ट तनों, फलों, सीपल्स की कोशिकाओं में पाए जा सकते हैं, लेकिन प्रकाश संश्लेषण का मुख्य अंग पत्ती है। यह प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करने और कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने के लिए शारीरिक रूप से अनुकूलित है। शीट का सपाट आकार, जो एक बड़ा सतह-से-आयतन अनुपात प्रदान करता है, सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का अधिक पूर्ण उपयोग करने की अनुमति देता है। स्फीति और प्रकाश संश्लेषण को बनाए रखने के लिए आवश्यक पानी, जाइलम के माध्यम से जड़ प्रणाली से पत्तियों तक पहुँचाया जाता है, जो पौधे के संवाहक ऊतकों में से एक है। रंध्र के माध्यम से वाष्पीकरण के माध्यम से पानी की हानि और, कुछ हद तक, छल्ली (वाष्पोत्सर्जन) के माध्यम से प्रेरक शक्तिजहाजों के माध्यम से परिवहन। हालांकि, अत्यधिक वाष्पोत्सर्जन अवांछनीय है, और पौधों ने पानी के नुकसान को कम करने के लिए विभिन्न अनुकूलन विकसित किए हैं। केल्विन चक्र के कामकाज के लिए आवश्यक आत्मसात का बहिर्वाह फ्लोएम के साथ किया जाता है। गहन प्रकाश संश्लेषण के साथ, कार्बोहाइड्रेट पोलीमराइज़ कर सकते हैं, और साथ ही, क्लोरोप्लास्ट में स्टार्च के दाने बनते हैं। गैस विनिमय (कार्बन डाइऑक्साइड का सेवन और ऑक्सीजन की रिहाई) रंध्र के माध्यम से प्रसार द्वारा किया जाता है (कुछ गैसें छल्ली के माध्यम से चलती हैं)।

चूँकि कार्बन डाइऑक्साइड की कमी से प्रकाश श्वसन के दौरान आत्मसात होने की हानि काफी बढ़ जाती है, इसलिए अंतरकोशिकीय स्थान में कार्बन डाइऑक्साइड की उच्च सांद्रता बनाए रखना आवश्यक है, जो खुले रंध्रों के साथ संभव है। हालांकि, उच्च तापमान पर रंध्रों को खुला रखने से पानी का वाष्पीकरण बढ़ जाता है, जिससे पानी की कमी हो जाती है और प्रकाश संश्लेषण की उत्पादकता भी कम हो जाती है। इस संघर्ष को अनुकूली समझौते के सिद्धांत के अनुसार सुलझाया जाता है। इसके अलावा, सीएएम प्रकाश संश्लेषण वाले पौधों में कम तापमान पर रात में कार्बन डाइऑक्साइड का प्राथमिक अवशोषण उच्च वाष्पोत्सर्जन पानी के नुकसान से बचा जाता है।

ऊतक स्तर पर प्रकाश संश्लेषण

ऊतक स्तर पर, उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण एक विशेष ऊतक - क्लोरेन्काइमा द्वारा प्रदान किया जाता है। यह पौधे के शरीर की सतह के पास स्थित होता है, जहाँ यह पर्याप्त प्रकाश ऊर्जा प्राप्त करता है। आमतौर पर, क्लोरेन्काइमा एपिडर्मिस के ठीक नीचे पाया जाता है। बढ़ी हुई सूर्यातप की परिस्थितियों में उगने वाले पौधों में, पारदर्शी कोशिकाओं (हाइपोडर्म) की एक या दो परतें एपिडर्मिस और क्लोरेन्काइमा के बीच स्थित हो सकती हैं, जो प्रकाश प्रकीर्णन प्रदान करती हैं। कुछ छाया-प्रेमी पौधों में, एपिडर्मिस क्लोरोप्लास्ट (उदाहरण के लिए, एसिड) से भी समृद्ध होता है। अक्सर पर्ण पर्णमध्योतक के क्लोरेंकाइमा को खंभ (स्तंभ) और स्पंजी में विभेदित किया जाता है, लेकिन इसमें सजातीय कोशिकाएं भी शामिल हो सकती हैं। विभेदीकरण के मामले में, क्लोरोप्लास्ट में पलिसडे क्लोरेन्काइमा सबसे समृद्ध है।

क्लोरोप्लास्ट

क्लोरोप्लास्ट का आंतरिक स्थान रंगहीन सामग्री (स्ट्रोमा) से भरा होता है और झिल्लियों (लैमेली) से भरा होता है, जो एक दूसरे से जुड़कर थायलाकोइड्स बनाते हैं, जो बदले में ग्रैना नामक ढेर में समूहीकृत होते हैं। इंट्राथाइलेकॉइड स्पेस अलग हो जाता है और बाकी स्ट्रोमा के साथ संचार नहीं करता है; यह भी माना जाता है कि सभी थायलाकोइड्स का आंतरिक स्थान एक दूसरे के साथ संचार करता है। प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्थाएँ झिल्लियों तक सीमित होती हैं; CO 2 का स्वपोषी स्थिरीकरण स्ट्रोमा में होता है।

क्लोरोप्लास्ट का अपना डीएनए, आरएनए, राइबोसोम (जैसे 70 के दशक) होता है, प्रोटीन संश्लेषण प्रगति पर होता है (हालांकि यह प्रक्रिया नाभिक से नियंत्रित होती है)। वे फिर से संश्लेषित नहीं होते हैं, लेकिन पिछले वाले को विभाजित करके बनते हैं। इन सभी ने उन्हें मुक्त साइनोबैक्टीरिया के वंशजों पर विचार करना संभव बना दिया, जो सहजीवन की प्रक्रिया में यूकेरियोटिक कोशिका की संरचना में शामिल थे।

प्रोकैरियोट्स में प्रकाश संश्लेषक झिल्ली

प्रक्रिया का फोटोकैमिकल सार

फोटोसिस्टम आई

लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स I में लगभग 200 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

पहले फोटोसिस्टम के प्रतिक्रिया केंद्र में क्लोरोफिल एक डिमर होता है जिसका अवशोषण अधिकतम 700 एनएम (पी 700) होता है। प्रकाश की एक मात्रा से उत्तेजित होने के बाद, यह प्राथमिक स्वीकर्ता - क्लोरोफिल ए को पुनर्स्थापित करता है, जो कि द्वितीयक (विटामिन K 1 या फाइलोक्विनोन) है, जिसके बाद इलेक्ट्रॉन को फेरेडॉक्सिन में स्थानांतरित किया जाता है, जो फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी-रिडक्टेस एंजाइम का उपयोग करके एनएडीपी को पुनर्स्थापित करता है।

प्लास्टोसायनिन प्रोटीन, बी 6 एफ कॉम्प्लेक्स में कम हो जाता है, इंट्राथाइलेकॉइड स्पेस की तरफ से पहले फोटोसिस्टम के रिएक्शन सेंटर में ले जाया जाता है और एक इलेक्ट्रॉन को ऑक्सीकृत पी 700 में स्थानांतरित करता है।

चक्रीय और स्यूडोसाइक्लिक इलेक्ट्रॉन परिवहन

चक्रीय मार्ग का सार यह है कि एनएडीपी के बजाय फेरेडॉक्सिन प्लास्टोक्विनोन को पुनर्स्थापित करता है, जो इसे बी 6 एफ-कॉम्प्लेक्स में वापस स्थानांतरित करता है। नतीजा एक बड़ा प्रोटॉन ढाल और अधिक एटीपी है, लेकिन कोई एनएडीपीएच नहीं है।

अंधेरा चरण

अंधेरे चरण में, एटीपी और एनएडीपी की भागीदारी के साथ, सीओ 2 ग्लूकोज (सी 6 एच 12 ओ 6) में कम हो जाता है। हालांकि इस प्रक्रिया के लिए प्रकाश की आवश्यकता नहीं है, यह इसके नियमन में शामिल है।

सी 3 - प्रकाश संश्लेषण, केल्विन चक्र

दूसरे चरण में, FHA को दो चरणों में बहाल किया जाता है। सबसे पहले, यह एटीपी द्वारा 1,3-डिपोस्फोग्लिसरिक एसिड (डीपीएचए) के गठन के साथ फॉस्फोग्लिसरोकाइनेज की कार्रवाई के तहत फास्फोराइलेट किया जाता है, फिर, ट्राइज फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज और एनएडीपीएच के प्रभाव में, डीएफजीके के एसाइल-फॉस्फेट समूह को डीफॉस्फोराइलेट किया जाता है और कम किया जाता है। एक एल्डिहाइड समूह और ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट बनता है - एक फॉस्फोराइलेटेड कार्बोहाइड्रेट (PHA)।

सी 4 - प्रकाश संश्लेषण

प्रकाश संश्लेषण के इस तंत्र और सामान्य एक के बीच का अंतर यह है कि कार्बन डाइऑक्साइड का निर्धारण और इसके उपयोग को पौधे की विभिन्न कोशिकाओं के बीच अंतरिक्ष में अलग किया जाता है।

सीओ 2 सी 4 की एकाग्रता बढ़ाने के लिए पौधों ने पत्ती की शारीरिक रचना को बदल दिया है। उनमें केल्विन चक्र संवाहक बंडल के म्यान की कोशिकाओं में स्थानीयकृत होता है, जबकि मेसोफिल की कोशिकाओं में, PEP-carboxylase की क्रिया के तहत, फॉस्फोनिओलफ्रुवेट को ऑक्सालेसिटिक एसिड बनाने के लिए कार्बोक्सिलेट किया जाता है, जो मैलेट या एस्पार्टेट में बदल जाता है और है म्यान की कोशिकाओं में पहुँचाया जाता है, जहाँ इसे पाइरूवेट के निर्माण के साथ डीकार्बोक्सिलेट किया जाता है, जो मेसोफिल की कोशिकाओं में वापस आ जाता है।

सी 4-प्रकाश संश्लेषण केल्विन चक्र से राइबुलोज-1,5-बिफॉस्फेट के नुकसान के साथ व्यावहारिक रूप से नहीं है, इसलिए यह अधिक कुशल है। हालांकि, इसे 1 ग्लूकोज अणु के संश्लेषण के लिए 18 नहीं, बल्कि 30 एटीपी की आवश्यकता होती है। यह उष्णकटिबंधीय में भुगतान करता है, जहां गर्म जलवायु में स्टोमेटा को बंद रखने की आवश्यकता होती है, CO2 को पत्ती में प्रवेश करने से रोकता है, और एक कठोर जीवन रणनीति में भी।

C4 पथ के साथ प्रकाश संश्लेषण लगभग 7600 पौधों की प्रजातियों द्वारा किया जाता है। वे सभी फूलों के पौधों से संबंधित हैं: कई अनाज (61% प्रजातियां, जिनमें खेती की जाती हैं - मकई, गन्ना और शर्बत, आदि), कार्नेशन्स (मारेव परिवारों में सबसे बड़ा हिस्सा - 40% प्रजातियां, चौलाई - 25%) , कुछ सेज, एस्ट्रोवी, गोभी, यूफोरबिएसी।

सीएएम प्रकाश संश्लेषण

सौर प्रकाश क्वांटा द्वारा O2 के गठन के साथ एक पानी के अणु को विभाजित करने के तंत्र के 3 अरब साल पहले पृथ्वी पर उद्भव है प्रमुख घटनाजैविक विकास में, जिसने सूर्य के प्रकाश को जीवमंडल के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत बना दिया।

जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल, प्राकृतिक गैस, पीट) के दहन से मानवता को प्राप्त ऊर्जा भी प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में संग्रहित होती है।

प्रकाश संश्लेषण जैव भू-रासायनिक चक्र में अकार्बनिक कार्बन के मुख्य इनपुट के रूप में कार्य करता है।

प्रकाश संश्लेषण कृषि के लिए महत्वपूर्ण पौधों की उत्पादकता का आधार है।

वातावरण में अधिकांश मुक्त ऑक्सीजन बायोजेनिक मूल की है और प्रकाश संश्लेषण का उप-उत्पाद है। एक ऑक्सीकरण वातावरण (एक ऑक्सीजन तबाही) के गठन ने पृथ्वी की सतह की स्थिति को पूरी तरह से बदल दिया, श्वसन की उपस्थिति को संभव बना दिया, और बाद में, ओजोन परत के गठन के बाद, भूमि पर जीवन को अस्तित्व में आने दिया।

अध्ययन का इतिहास

प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन पर पहला प्रयोग 1780 के दशक में जोसेफ प्रिस्टले द्वारा किया गया था, जब उन्होंने एक जलती हुई मोमबत्ती द्वारा एक सीलबंद बर्तन में हवा के "क्षति" पर ध्यान आकर्षित किया था (हवा दहन का समर्थन करने के लिए बंद हो गई थी, और जानवरों को अंदर रखा गया था) इसका दम घुट गया) और पौधों द्वारा इसका "सुधार"। प्रिस्टले ने निष्कर्ष निकाला कि पौधे ऑक्सीजन छोड़ते हैं, जो श्वसन और दहन के लिए आवश्यक है, लेकिन यह नहीं देखा कि पौधों को इसके लिए प्रकाश की आवश्यकता होती है। यह जल्द ही जन इंजेनहॉस द्वारा दिखाया गया था।

बाद में यह पाया गया कि, ऑक्सीजन छोड़ने के अलावा, पौधे कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और पानी की भागीदारी के साथ प्रकाश में कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करते हैं। श्री रॉबर्ट मेयर में, ऊर्जा के संरक्षण के नियम के आधार पर, उन्होंने कहा कि पौधे सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। श्री डब्ल्यू पफेफर में, इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषण कहा जाता था।

क्लोरोफिल को सबसे पहले पी. जे. पेलेटियर और जे. कैवांटौ में पृथक किया गया था। MS Tsvet ने पिगमेंट को अलग करने और उनके द्वारा बनाई गई क्रोमैटोग्राफी पद्धति का उपयोग करके अलग से उनका अध्ययन करने में कामयाबी हासिल की। क्लोरोफिल के अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन केए तिमिरयाज़ेव द्वारा किया गया था, जिन्होंने मेयर के प्रावधानों को विकसित करते हुए दिखाया कि यह अवशोषित किरणें थीं जो कमजोर सीओ और ओएच बॉन्ड के बजाय उच्च-ऊर्जा सीसी बनाकर सिस्टम की ऊर्जा को बढ़ाना संभव बनाती हैं। (इससे पहले यह माना जाता था कि प्रकाश संश्लेषण में पीली किरणों का उपयोग किया जाता है जो पत्ती रंजक द्वारा अवशोषित नहीं होती हैं)। यह CO 2 को अवशोषित करके प्रकाश संश्लेषण को ध्यान में रखने के लिए बनाई गई विधि के लिए धन्यवाद किया गया था: विभिन्न तरंग दैर्ध्य (विभिन्न रंगों के) के प्रकाश के साथ एक पौधे को रोशन करने के प्रयोगों के दौरान, यह पता चला कि प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता के साथ मेल खाता है। क्लोरोफिल का अवशोषण स्पेक्ट्रम।

प्रकाश संश्लेषण का रेडॉक्स सार (ऑक्सीजनिक और एनोक्सीजेनिक दोनों) कॉर्नेलिस-वैन-नील द्वारा पोस्ट किया गया था, जिन्होंने 1931 में यह भी साबित किया था कि बैंगनी-बैक्टीरिया और ग्रीन-सल्फर बैक्टीरिया एनोक्सीजेनिक-प्रकाश संश्लेषण करते हैं। प्रकाश संश्लेषण की रेडॉक्स प्रकृति का मतलब था कि ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण में ऑक्सीजन पूरी तरह से पानी से बनता है, जिसे आइसोटोपिक लेबलिंग के प्रयोगों में ए.पी. विनोग्रादोव शहर में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी। श्री रॉबर्ट हिल में पाया गया कि पानी के ऑक्सीकरण (और ऑक्सीजन की रिहाई) की प्रक्रिया, साथ ही सीओ 2 के आत्मसात को अलग किया जा सकता है। में - जीजी। डी। अर्नोन ने प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरणों के तंत्र की स्थापना की, और सीओ 2 आत्मसात प्रक्रिया का सार अंत में कार्बन समस्थानिकों का उपयोग करके मेल्विन केल्विन द्वारा प्रकट किया गया था।

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