प्रकाश संश्लेषण के सामान्य और आंशिक समीकरण। प्रकाश संश्लेषण का कुल समीकरण प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रिया का कुल समीकरण है

कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में उत्तरार्द्ध का उपयोग करके सूर्य की उज्ज्वल ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया। यह सौर ऊर्जा को पकड़ने और हमारे ग्रह पर जीवन के लिए उपयोग करने का एकमात्र तरीका है।

सौर ऊर्जा पर कब्जा और रूपांतरण विभिन्न प्रकार के प्रकाश संश्लेषक जीवों (फोटोटोट्रॉफ़्स) द्वारा किया जाता है। इनमें बहुकोशिकीय जीव (उच्च हरे पौधे और उनके निचले रूप - हरा, भूरा और लाल शैवाल) और एककोशिकीय (यूग्लैना, डायनोफ्लैगलेट्स और डायटम) शामिल हैं। प्रकाश संश्लेषक जीवों का एक बड़ा समूह प्रोकैरियोट्स हैं - नीले-हरे शैवाल, हरे और बैंगनी बैक्टीरिया। पृथ्वी पर लगभग आधे प्रकाश संश्लेषण कार्य उच्च हरे पौधों द्वारा किए जाते हैं, और शेष आधे मुख्य रूप से एकल-कोशिका वाले शैवाल होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में पहला विचार 17 वीं शताब्दी में बना था। बाद में, जैसा कि नया डेटा दिखाई दिया, ये प्रतिनिधित्व कई बार बदल गए। [प्रदर्शन] .

प्रकाश संश्लेषण के बारे में विचारों का विकास

प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन 1630 में शुरू हुआ, जब वैन हेलमोंट ने दिखाया कि पौधे स्वयं बनाते हैं कार्बनिक पदार्थउन्हें मिट्टी से प्राप्त करने के बजाय। मिट्टी के उस बर्तन का वजन जिसमें विलो बढ़ता है और खुद पेड़, उसने दिखाया कि 5 साल के भीतर पेड़ का वजन 74 किलोग्राम बढ़ गया, जबकि मिट्टी केवल 57 ग्राम खो गई। वान हेलमॉन्ट ने निष्कर्ष निकाला कि पौधे को बाकी भोजन मिला। पानी जो पेड़ पर डाला गया था। अब हम जानते हैं कि संश्लेषण के लिए मुख्य सामग्री कार्बन डाइऑक्साइड है, जिसे हवा से पौधे द्वारा निकाला जाता है।

1772 में, जोसेफ प्रीस्टले ने दिखाया कि एक टकसाल अंकुर एक जलती हुई मोमबत्ती द्वारा "हवा को दागी" करता है। सात साल बाद, जन इन्नगेहुइस ने पाया कि पौधे केवल प्रकाश के संपर्क में आने से खराब हवा को "ठीक" कर सकते हैं, और पौधों की हवा को "ठीक" करने की क्षमता दिन की स्पष्टता के लिए आनुपातिक है और पौधों की लंबाई सूरज में रहने के समय की है। अंधेरे में, पौधे हवा का उत्सर्जन करते हैं जो "जानवरों के लिए हानिकारक है।"

प्रकाश संश्लेषण के बारे में ज्ञान के विकास में अगला महत्वपूर्ण कदम 1804 में किया गया सॉसेज का प्रयोग था। प्रकाश संश्लेषण से पहले और बाद में हवा और पौधों को तौलते हुए, सॉसर ने पाया कि एक पौधे के शुष्क द्रव्यमान में वृद्धि कार्बन डाइऑक्साइड के द्रव्यमान को हवा से अवशोषित कर लेती है। Saussure इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि द्रव्यमान में वृद्धि में शामिल अन्य पदार्थ पानी था। इस प्रकार, 160 साल पहले, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया की कल्पना इस प्रकार की गई थी:

H 2 O + CO 2 + hv -\u003e C 6 H 12 O 6 + O 2

पानी + कार्बोनिक एसिड + सौर ऊर्जा ----\u003e कार्बनिक पदार्थ + ऑक्सीजन

इनहेनहिस ने सुझाव दिया कि प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश की भूमिका कार्बन डाइऑक्साइड को तोड़ने के लिए है; इस मामले में, ऑक्सीजन जारी किया जाता है, और जारी "कार्बन" का उपयोग पौधे के ऊतकों के निर्माण के लिए किया जाता है। इस आधार पर, जीवित जीवों को हरे पौधों में विभाजित किया गया था, जो कार्बन डाइऑक्साइड को "आत्मसात" करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, और अन्य जीवों में क्लोरोफिल नहीं होता है, जो प्रकाश ऊर्जा का उपयोग नहीं कर सकते हैं और सीओ 2 को आत्मसात करने में असमर्थ हैं।

जीवित दुनिया को विभाजित करने के इस सिद्धांत का उल्लंघन किया गया था जब 1887 में एस.एन. विनोग्रैडस्की ने रासायनिक-रासायनिक बैक्टीरिया - क्लोरोफिल मुक्त जीवों को आत्मसात करने में सक्षम (यानी कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित कर दिया था) - कार्बन डाइऑक्साइड अंधेरे में। यह भी परेशान था, जब 1883 में, एंगेलमैन ने बैंगनी बैक्टीरिया की खोज की जो एक तरह का प्रकाश संश्लेषण करता है जो ऑक्सीजन की रिहाई के साथ नहीं है। एक समय पर इस तथ्य की ठीक से प्रशंसा नहीं की गई थी; इस बीच, अंधेरे में कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने वाले किमोसिंथेटिक बैक्टीरिया की खोज से पता चलता है कि कार्बन डाइऑक्साइड के आत्मसात को केवल प्रकाश संश्लेषण की एक विशिष्ट विशेषता नहीं माना जा सकता है।

1940 के बाद, टैग किए गए कार्बन के उपयोग के लिए धन्यवाद, यह स्थापित किया गया था कि सभी कोशिकाएं - पौधे, जीवाणु और जानवर - कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने में सक्षम हैं, अर्थात, इसे कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में शामिल करने के लिए; केवल वे स्रोत जिनसे वे इसके लिए आवश्यक ऊर्जा खींचते हैं, अलग हैं।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के अध्ययन में एक और बड़ा योगदान 1905 में ब्लैकमैन द्वारा किया गया था, जिन्होंने पता लगाया कि प्रकाश संश्लेषण में दो क्रमिक प्रतिक्रियाएं होती हैं: एक तीव्र प्रकाश प्रतिक्रिया और धीमी, प्रकाश-स्वतंत्र चरणों की एक श्रृंखला, जिसे उन्होंने टेम्पो प्रतिक्रिया कहा। उच्च तीव्रता वाले प्रकाश का उपयोग करते हुए, ब्लैकमैन ने दिखाया कि प्रकाश संश्लेषण दोनों ही एक दूसरे के केवल कुछ अंश की चमक के साथ आंतरायिक रोशनी के तहत एक ही दर से आगे बढ़ता है, और निरंतर रोशनी के तहत, इस तथ्य के बावजूद कि पूर्व स्थिति में प्रकाश संश्लेषण प्रणाली को आधा ऊर्जा प्राप्त होती है। प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता केवल अंधेरे की अवधि में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ घट गई। आगे के अध्ययनों में, यह पाया गया कि बढ़ते तापमान के साथ अंधेरे प्रतिक्रिया की दर काफी बढ़ जाती है।

प्रकाश संश्लेषण के रासायनिक आधार के बारे में अगली परिकल्पना वैन निएल द्वारा सामने रखी गई, जिसने 1931 में प्रायोगिक रूप से दिखाया कि बैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन की रिहाई के बिना अवायवीय परिस्थितियों में हो सकता है। वान निएल ने सुझाव दिया कि, सिद्धांत रूप में, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया बैक्टीरिया और हरे पौधों में समान है। उत्तरार्द्ध में, प्रकाश ऊर्जा का उपयोग पानी के फोटोलिसिस (एच 2 0) के लिए किया जाता है जिसमें एक कम करने वाले एजेंट (एच) का निर्माण होता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड के आत्मसात और ऑक्सीकरण एजेंट (ओएच), आणविक ऑक्सीजन के एक काल्पनिक अग्रदूत में शामिल होता है। बैक्टीरिया में, प्रकाश संश्लेषण आम तौर पर एक ही होता है, लेकिन हाइड्रोजन दाता डीए 2 एस या आणविक हाइड्रोजन है, और इसलिए ऑक्सीजन जारी नहीं किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक अवधारणाएँ

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण का सार एटीपी के रूप में रासायनिक ऊर्जा में सूर्य के प्रकाश की उज्ज्वल ऊर्जा का रूपांतरण है और निकोटिनमाइड एडेनिन डायन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट (एनएडीपी) कम हो जाता है · एच)।

वर्तमान में, यह आमतौर पर स्वीकार किया जाता है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं, जिसमें सक्रिय साझेदारी प्रकाश संश्लेषक संरचनाएं लें [प्रदर्शन] और प्रकाश के प्रति संवेदनशील सेल पिगमेंट।

प्रकाश संश्लेषक संरचनाएं

बैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषक संरचनाओं को कोशिका झिल्ली के आक्रमण के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, जो मेसोसम के लैमेलर ऑर्गेनेल बनाता है। जीवाणुओं के विनाश द्वारा प्राप्त पृथक मेसोमोम्स को क्रोमैटोफोरस कहा जाता है; एक सहज उपकरण उनमें केंद्रित होता है।

यूकेरियोट्स में प्रकाश संश्लेषक उपकरण विशेष इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल में स्थित है - क्लोरोप्लास्ट, जिसमें हरे वर्णक क्लोरोफिल होते हैं, जो पौधे को हरा रंग देता है और प्रकाश संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को कैप्चर करता है। माइटोकॉन्ड्रिया जैसे क्लोरोप्लास्ट में भी डीएनए, आरएनए और प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक उपकरण होता है, यानी उनमें स्व-प्रजनन की क्षमता होती है। क्लोरोप्लास्ट आकार में माइटोकॉन्ड्रिया से कई गुना बड़ा है। उच्च पौधों में क्लोरोप्लास्ट की संख्या शैवाल में एक से 40 प्रति सेल तक होती है।

क्लोरोप्लास्ट के अलावा, ग्रीन प्लांट सेल्स में माइटोकॉन्ड्रिया भी होते हैं, जिनका उपयोग श्वसन के माध्यम से रात में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जैसा कि हेटेरोट्रोफ़िक कोशिकाओं में होता है।

क्लोरोप्लास्ट गोलाकार या चपटे होते हैं। वे दो झिल्लियों से घिरे होते हैं - बाहरी और आंतरिक (छवि 1)। आंतरिक झिल्ली चपटा हुआ वेसिकुलर डिस्क के साथ खड़ी होती है। इस ढेर को अनाज कहा जाता है।

प्रत्येक दाना अलग-अलग परतों से बना होता है, जो सिक्कों के स्तंभों की तरह व्यवस्थित होता है। प्रोटीन अणुओं की परतें क्लोरोफिल, कैरोटीन और अन्य रंजक युक्त परतों के साथ-साथ लिपिड के विशेष रूपों (गैलेक्टोज या सल्फर युक्त, लेकिन केवल एक फैटी एसिड) के साथ वैकल्पिक होती हैं। ये सर्फेक्टेंट लिपिड अणुओं की अलग-अलग परतों के बीच दिखाई देते हैं और प्रोटीन और पिगमेंट की वैकल्पिक परतों से बनी संरचना को स्थिर करने का काम करते हैं। इस तरह के एक स्तरित (लैमेलर) ग्राना संरचना सबसे अधिक संभावना है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऊर्जा के हस्तांतरण को एक अणु से पास के एक तक पहुंचाती है।

शैवाल में प्रत्येक क्लोरोप्लास्ट में एक से अधिक अनाज नहीं होता है, और उच्च पौधों में - 50 अनाज तक, जो झिल्ली पुलों द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं। अनाज के बीच जलीय माध्यम क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा है, जिसमें एंजाइम होते हैं जो "अंधेरे प्रतिक्रियाओं" को पूरा करते हैं।

वेसक्यूलर संरचनाएं जो ग्रैन बनाती हैं, उन्हें टायलेक्टोइड्स कहा जाता है। 10 से 20 टाइलेक्टोइड्स की सीमा में।

टाइलेक्टोइड झिल्ली की प्रकाश संश्लेषण की प्रारंभिक संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई, आवश्यक प्रकाश-फंसाने वाले पिगमेंट और ऊर्जा परिवर्तन तंत्र के घटकों से युक्त, एक क्वांटम-कुछ कहा जाता है, जिसमें लगभग 230 क्लोरोफिल अणु होते हैं। इस कण का द्रव्यमान लगभग 2 x 10 6 daltons और लगभग 17.5 एनएम के आयाम है।

	प्रकाश संश्लेषण चरण
	प्रकाश चरण (या ऊर्जा)	डार्क स्टेज (या मेटाबॉलिक)
प्रतिक्रिया का स्थान	टाइलेक्टोइड झिल्ली के क्वांटोसोम में, यह प्रकाश में बहता है।	यह टिलैक्टोइड्स के बाहर किया जाता है, स्ट्रोमा के जलीय वातावरण में।
स्टार्टर उत्पाद	प्रकाश ऊर्जा, पानी (एच 2 ओ), एडीपी, क्लोरोफिल	सीओ 2, राइबुलस डिपोस्फेट, एटीपी, एनएडीपीएच 2
प्रक्रिया का सार	पानी की फोटोलिसिस, फॉस्फोराइलेशन प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, प्रकाश ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा एटीपी में बदल जाती है, और पानी के ऊर्जा-खराब इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा-समृद्ध इलेक्ट्रॉनों एनएडीपी में परिवर्तित किया जाता है · ज २। ऑक्सीजन प्रकाश चरण के दौरान बनने वाला एक उप-पदार्थ है। प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं को "प्रकाश प्रतिक्रियाएं" कहा जाता है।	कार्बोक्सिलेशन, हाइड्रोजनीकरण, डिफॉस्फोरिलीकरण प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में, "अंधेरे प्रतिक्रियाएं" होती हैं, जिसमें सीओ 2 से ग्लूकोज का पुन: सक्रिय संश्लेषण मनाया जाता है। प्रकाश चरण की ऊर्जा के बिना, अंधेरे चरण असंभव है।
अंत उत्पादों	ओ 2, एटीपी, एनएडीपीएच 2 ऊर्जा से भरपूर प्रकाश प्रतिक्रिया उत्पाद - एटीपी और एनएडीपी · H2 को तब प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में उपयोग किया जाता है।
प्रकाश और अंधेरे चरणों के बीच का संबंध आरेख द्वारा व्यक्त किया जा सकता है प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया अंतर्जात है, अर्थात। मुक्त ऊर्जा में वृद्धि के साथ, इसलिए, बाहर से आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होती है। प्रकाश संश्लेषण का समग्र समीकरण: 6CO 2 + 12H 2 O ---\u003e C 6 H 12 O 62 + 6H 2 O + 6O 2 + 2861 kJ / mol।

भूमि पौधे जड़ों के माध्यम से प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी को अवशोषित करते हैं, और जलीय पौधे इसे पर्यावरण से प्रसार द्वारा प्राप्त करते हैं। प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक कार्बन डाइऑक्साइड, पत्तियों की सतह पर छोटे छिद्रों के माध्यम से पौधे में फैल जाता है - रंध्र। चूंकि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड का सेवन किया जाता है, इसलिए सेल में इसकी सांद्रता आमतौर पर वायुमंडल की तुलना में कुछ कम होती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाला ऑक्सीजन कोशिका से बाहर फैलता है, और फिर रंध्र के माध्यम से पौधे से बाहर निकलता है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाली शर्करा भी पौधे के उन हिस्सों में फैल जाती है, जहाँ उनकी सघनता कम होती है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए, पौधों को बहुत अधिक हवा की आवश्यकता होती है, क्योंकि इसमें केवल 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड होता है। नतीजतन, हवा के 10,000 मीटर 3 से, कार्बन डाइऑक्साइड का 3 मीटर 3 प्राप्त किया जा सकता है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में लगभग 110 ग्राम ग्लूकोज बनता है। हवा में उच्च कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर के साथ पौधे आमतौर पर बेहतर होते हैं। इसलिए, कुछ ग्रीनहाउस में, हवा में सीओ 2 सामग्री 1-5% तक समायोजित की जाती है।

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश (फोटोकेमिकल) चरण का तंत्र

सौर ऊर्जा और विभिन्न पिगमेंट प्रकाश संश्लेषण के फोटोकैमिकल फ़ंक्शन के कार्यान्वयन में शामिल हैं: हरे - क्लोरोफिल ए और बी, पीले - कैरोटीनॉयड और लाल या नीले - फ़ाइकोबिलिन। इस वर्णक परिसर में, केवल क्लोरोफिल एक फोटोकैमिक रूप से सक्रिय है। बाकी पिगमेंट एक सहायक भूमिका निभाते हैं, केवल प्रकाश क्वांटा (एक प्रकार का प्रकाश-संग्रहित लेंस) के संग्राहक होते हैं और उनके कंडक्टर फोटोकैमिकल केंद्र में जाते हैं।

क्लोरोफिल की क्षमता के आधार पर टायलेक्टोइड्स की झिल्लियों में एक निश्चित तरंग दैर्ध्य की सौर ऊर्जा को कुशलता से अवशोषित करने के लिए, कार्यात्मक फोटोकैमिकल केंद्रों या फोटो सिस्टम की पहचान की गई (छवि 3)।

• फोटोसिस्टम I (क्लोरोफिल तथा) - इसमें वर्णक 700 (P 700) प्रकाश को अवशोषित करता है जो लगभग 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था के उत्पादों के निर्माण में प्रमुख भूमिका निभाता है: ATP और NADP · ज २
• फोटोसिस्टम II (क्लोरोफिल ख) - इसमें वर्णक 680 (P 680) होता है, जो 680 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करता है, पानी की फोटोलिसिस के कारण फोटोसिस्टम I द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों की भरपाई करके एक सहायक भूमिका निभाता है

फोटोसिस्टम I और II में हल्की-कटाई वाले पिगमेंट के 300-400 अणुओं के लिए, फोटोकैमिकली सक्रिय वर्णक का केवल एक अणु है - क्लोरोफिल ए।

पौधे द्वारा अवशोषित हल्की मात्रा

• ग्राउंड स्टेट से P 700 पिगमेंट को उत्तेजित करने वाले स्थान पर स्थानांतरित करता है - P * 700, जिसमें यह आसानी से एक इलेक्ट्रॉन को P के रूप में पॉजिटिव इलेक्ट्रॉन होल के गठन के साथ खो देता है + योजना के अनुसार:

  P 700 ---\u003e P * 700 ---\u003e P + 700 + e -

  उसके बाद, वर्णक अणु जो एक इलेक्ट्रॉन खो चुका है, एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने में सक्षम) के रूप में काम कर सकता है और कम रूप में पास हो सकता है

• योजना के अनुसार फोटोसिस्टम II के फोटोकेमिकल केंद्र पी 680 में पानी के अपघटन (फोटोऑक्साइड) का कारण बनता है

  Н 2 О ---\u003e 2Н + + 2е - + 1 / 2O 2

  पानी के फोटोलिसिस को हिल रिएक्शन कहा जाता है। पानी के अपघटन द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को शुरू में क्यू (कभी-कभी अधिकतम अवशोषण पर साइटोक्रोम सी 550 कहा जाता है) द्वारा निरूपित पदार्थ द्वारा स्वीकार किया जाता है, हालांकि यह साइटोक्रोम नहीं है)। फिर, पदार्थ क्यू से वाहक के माध्यम से, माइटोकॉन्ड्रियल के लिए रचना के समान, प्रकाश क्वांटा की प्रणाली द्वारा अवशोषण के परिणामस्वरूप गठित इलेक्ट्रॉन छेद को भरने के लिए फोटोसिस्टम I को इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति की जाती है, और P + 700 के पुनर्स्थापन को बहाल किया जाता है।

यदि ऐसा अणु बस उसी इलेक्ट्रॉन को वापस प्राप्त करता है, तो प्रकाश ऊर्जा गर्मी और प्रतिदीप्ति के रूप में जारी की जाएगी (यह शुद्ध क्लोरोफिल के प्रतिदीप्ति के कारण है)। हालांकि, ज्यादातर मामलों में, जारी किए गए नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन को विशेष लौह-सल्फर प्रोटीन (FeS केंद्र) द्वारा स्वीकार किया जाता है, और फिर

1. या इलेक्ट्रॉन होल को भरते हुए वाहक श्रृंखलाओं में से एक के साथ P + 700 में वापस ले जाया जाता है
2. या एक अन्य वाहक श्रृंखला के माध्यम से फेर्रेडॉक्सिन और फ्लेवोप्रोटीन के माध्यम से एक स्थायी स्वीकर्ता - एनएडीपी · ज २

पहले मामले में, एक इलेक्ट्रॉन का एक बंद चक्रीय परिवहन होता है, और दूसरे में, एक गैर-चक्रीय होता है।

दोनों प्रक्रियाओं को एक ही इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है। हालांकि, चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के दौरान, इलेक्ट्रॉन क्लोरोफिल से वापस आ जाते हैं तथा वापस क्लोरोफिल के लिए तथा, जबकि चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन में, इलेक्ट्रो क्लोरोफिल बी से क्लोरोफिल तक गुजरते हैं तथा.

चक्रीय (प्रकाश संश्लेषक) फॉस्फोरिलीकरण	गैर-चक्रीय फॉस्फोराइलेशन
चक्रीय फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप, एटीपी अणु बनते हैं। इस प्रक्रिया में पी 700 के लिए उत्साहित इलेक्ट्रॉनों के क्रमिक चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से वापसी शामिल है। पी 700 में उत्साहित इलेक्ट्रॉनों की वापसी ऊर्जा की रिहाई (उच्च से निम्न में संक्रमण के दौरान) की ओर जाता है ऊर्जा स्तर), जो, फॉस्फोराइलेटिंग एंजाइम सिस्टम की भागीदारी के साथ, एटीपी के फॉस्फेट बॉन्ड में जमा होता है, और प्रतिदीप्ति और गर्मी (छवि 4) के रूप में विघटित नहीं होता है। इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषक फास्फोरिलीकरण कहा जाता है (जैसा कि माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के विपरीत); प्रकाश संश्लेषक फास्फोरिलीकरण - प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक प्रतिक्रिया - सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके क्लोरोप्लास्ट टायलेक्टोइड झिल्ली पर रासायनिक ऊर्जा (एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट से एटीपी का संश्लेषण) के गठन का तंत्र। सीओ 2 आत्मसात की अंधेरे प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक है	नॉनसाइक्लिक फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप, एनएडीपी + एनएडीपी के गठन के साथ कम हो जाता है · एच। प्रक्रिया एक इलेक्ट्रॉन को फेर्रेडॉक्सिन के हस्तांतरण के साथ जुड़ा हुआ है, इसकी कमी और एनएडीपी + के लिए इसके आगे संक्रमण, इसके बाद एनएडीपी में कमी। · एच
टिलैक्टोइड्स में, दोनों प्रक्रियाएं होती हैं, हालांकि दूसरा अधिक जटिल है। यह फोटोसिस्टम II के संचालन के साथ जुड़ा हुआ है (परस्पर जुड़ा हुआ है)।

इस प्रकार, खोए हुए 700 700 इलेक्ट्रॉनों को प्रकाश प्रणाली द्वारा प्रकाश में विघटित पानी के इलेक्ट्रॉनों द्वारा फिर से भर दिया जाता है II।

तथा + जमीन अवस्था तक, जाहिरा तौर पर, क्लोरोफिल के उत्तेजना पर बनते हैं ख... इन उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को फ़्रेड्रोडॉक्सिन और फिर फ्लेवोप्रोटीन और साइटोक्रोम्स के माध्यम से क्लोरोफिल में स्थानांतरित किया जाता है तथा... अंतिम चरण में, एडीपी को एटीपी (छवि 5) के लिए फॉस्फोराइलेट किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनों को क्लोरोफिल वापस करने की आवश्यकता होती है में इसकी जमीनी स्थिति की आपूर्ति, संभवतः, ओह - आयनों द्वारा की जाती है, जो पानी के पृथक्करण के दौरान बनाई गई है। पानी के कुछ अणु H + और OH - आयनों में विघटित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के परिणामस्वरूप, ओएच - आयनों को कट्टरपंथी (ओएच) में बदल दिया जाता है, जो बाद में पानी और गैसीय ऑक्सीजन (छवि 6) के अणु देते हैं।

सिद्धांत के इस पहलू की पुष्टि 18 0 के साथ लेबल किए गए पानी और सीओ 2 के प्रयोगों के परिणामों से होती है [प्रदर्शन] .

इन परिणामों के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सभी ऑक्सीजन गैस सीओ 2 से नहीं बल्कि पानी से आती हैं। पानी के बंटवारे की प्रतिक्रियाओं का अभी तक विस्तार से अध्ययन नहीं किया गया है। हालांकि, यह स्पष्ट है कि एक क्लोरोफिल अणु के उत्तेजना सहित गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन (छवि 5) की सभी लगातार प्रतिक्रियाओं का कार्यान्वयन। तथा और एक क्लोरोफिल अणु ख, एक एनएडीपी अणु के गठन का नेतृत्व करना चाहिए · एडीपी और एफ एन से एच, दो या दो से अधिक एटीपी अणु और एक ऑक्सीजन परमाणु की रिहाई के लिए। इसके लिए कम से कम चार क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है - प्रत्येक क्लोरोफिल अणु के लिए दो।

गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन H 2 O से NADP तक प्रवाहित होता है · Н 2, जो दो फोटो सिस्टम और उन्हें जोड़ने वाले इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं की बातचीत के दौरान होता है, रेडॉक्स पोटेंशिअल के मूल्यों के विपरीत देखा जाता है: E ° 1 / 2O2 / H2O \u003d +0.81 V के लिए, और NADP / NADP के लिए E ° · H \u003d -0.32 V. प्रकाश की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को उलट देती है। यह आवश्यक है कि फोटोसिस्टम II से फोटोसिस्टम I में स्थानांतरण के दौरान, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का एक हिस्सा टायलेक्टोइड झिल्ली पर एक प्रोटॉन क्षमता के रूप में जमा होता है, और फिर एटीपी ऊर्जा में।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रोटॉन क्षमता के गठन का तंत्र और क्लोरोप्लास्ट में एटीपी के निर्माण के लिए इसका उपयोग माइटोकॉन्ड्रिया में समान है। हालांकि, फोटोफॉस्फोराइलेशन के तंत्र में कुछ विशिष्ट विशेषताएं हैं। टाइलेक्टोइड्स हैं, जैसा कि यह था, माइटोकॉन्ड्रिया अंदर की ओर निकला, इसलिए झिल्ली के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के हस्तांतरण की दिशा माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली (छवि 6) में इसकी दिशा के विपरीत है। इलेक्ट्रॉन बाहर की ओर बढ़ते हैं, और प्रोटॉन टायलैक्टॉइड मैट्रिक्स के अंदर केंद्रित होते हैं। मैट्रिक्स को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और टाइलेक्टॉइड के बाहरी झिल्ली को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, अर्थात प्रोटॉन ढाल की दिशा माइटोकॉन्ड्रिया में इसकी दिशा के विपरीत होती है।

एक अन्य विशेषता माइटोकॉन्ड्रिया की तुलना में प्रोटॉन क्षमता में पीएच का काफी बड़ा अनुपात है। टाइलेक्टोइड मैट्रिक्स अत्यधिक अम्लीय है, इसलिए reach पीएच 0.1-0.2 वी तक पहुंच सकता है, जबकि total 0.1 वी के बारे में है। H μ H +\u003e 0.25 V का कुल मूल्य।

एच + -एटीपी सिंथेटेस, "सीएफ 1 + एफ 0" कॉम्प्लेक्स के रूप में क्लोरोप्लास्ट में नामित, विपरीत दिशा में भी उन्मुख है। इसका सिर (एफ 1) बाहर की ओर दिखता है, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा की ओर। प्रोटॉन को सीएफ 0 + एफ 1 के माध्यम से मैट्रिक्स से बाहर की ओर धकेल दिया जाता है, और प्रोटॉन की ऊर्जा के कारण एटीपी एफ 1 के सक्रिय केंद्र में बनता है।

माइटोकॉन्ड्रियल श्रृंखला के विपरीत, टाइलेक्टॉइड श्रृंखला में जाहिरा तौर पर केवल दो संयुग्मन साइट होते हैं, इसलिए, एक एटीपी अणु के संश्लेषण को दो के बजाय तीन प्रोटॉन की आवश्यकता होती है, अर्थात, अनुपात 3 एच / 1/1 मॉल एटीपी है।

तो, प्रकाश संश्लेषण के पहले चरण में, प्रकाश प्रतिक्रियाओं के दौरान, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में एटीपी और एनएडीपी बनते हैं · एच - अंधेरे प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक उत्पाद।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का तंत्र

प्रकाश संश्लेषण की गहरी प्रतिक्रिया कार्बोहाइड्रेट को बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थों में शामिल करने की प्रक्रिया है (सीओ 2 से ग्लूकोज की प्रकाश संश्लेषण)। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों की भागीदारी के साथ क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में प्रतिक्रियाएं होती हैं - एटीपी और एनएडीपी · एच 2।

कार्बन डाइऑक्साइड (फोटोकैमिकल कार्बोक्सिलेशन) का आत्मसात एक चक्रीय प्रक्रिया है जिसे पेंटोस फॉस्फेट प्रकाश संश्लेषण चक्र या केल्विन चक्र (चित्र 7) भी कहा जाता है। इसे तीन मुख्य चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

• कार्बोक्सिलेशन (राइबुलस डिपोस्फेट के साथ सीओ 2 का निर्धारण)
• कमी (3-फॉस्फोग्लाइसरेट की कमी के दौरान ट्राइसे फॉस्फेट का निर्माण)
• रिब्यूलोज डिपोहॉस्फेट का पुनर्जनन

रिबुलोज 5-फॉस्फेट (5 की स्थिति में कार्बन पर फॉस्फेट अवशेषों के साथ 5 कार्बन परमाणुओं वाली चीनी) एटीपी द्वारा फॉस्फोराइलेट किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप रिब्यूलोज डिपॉस्फेट बनता है। इस बाद वाले पदार्थ को सीओ 2 के अलावा कार्बोक्सिलेटेड किया जाता है, जो कि एक मध्यवर्ती छह-कार्बन उत्पाद के रूप में होता है, जो, हालांकि, पानी के अणु के अतिरिक्त, फॉस्फोग्लाइसेरिक एसिड के दो अणुओं को मिलाकर तुरंत बनाया जाता है। फिर फॉस्फोग्लिसरिक एसिड एक एंजाइमी प्रतिक्रिया के दौरान कम हो जाता है, जिसे एटीपी और एनएडीपी की उपस्थिति की आवश्यकता होती है · एच फॉस्फोग्लिसरिक एल्डिहाइड (तीन-कार्बन चीनी - तीनों) के गठन के साथ। दो ऐसे त्रिगुणों के संघनन के परिणामस्वरूप, एक हेक्सोज़ अणु बनता है, जिसे एक स्टार्च अणु में शामिल किया जा सकता है और इस प्रकार आरक्षित में संग्रहीत किया जा सकता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में चक्र के इस चरण को पूरा करने के लिए, 1 CO2 अणु अवशोषित होता है और 3 एटीपी अणु और 4 एच परमाणु (2 एनएडी अणुओं से जुड़े होते हैं) · एच)। रिबुलोज फॉस्फेट को पेन्टोज फॉस्फेट चक्र (छवि 8) की कुछ प्रतिक्रियाओं द्वारा हेक्सोज फॉस्फेट से पुनर्जीवित किया जाता है, जो फिर से अपने आप को कार्बन डाइऑक्साइड के एक और अणु को संलग्न कर सकता है।

वर्णित प्रतिक्रियाओं में से कोई भी - कार्बोक्सिलेशन, बहाली या उत्थान - केवल प्रकाश संश्लेषण सेल के लिए विशिष्ट माना जा सकता है। उनमें एकमात्र अंतर यह है कि कमी प्रतिक्रिया के लिए, जिसके दौरान फॉस्फोग्लिसरिक एसिड फॉस्फोग्लिसरिक एल्डिहाइड में परिवर्तित हो जाता है, एनएडीपी की आवश्यकता होती है · एच, ओवर नहीं · ज हमेशा की तरह।

राइबुलोज डिपॉस्फेट द्वारा सीओ 2 का निर्धारण एंजाइम रिबुलोज डिपॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होता है: रिब्यूलोज डिपॉस्फेट + सीओ 2 -\u003e 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट अगला, 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट एनएडीपी का उपयोग करके कम किया जाता है · ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट को एच 2 और एटीपी। यह प्रतिक्रिया ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज नामक एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट आसानी से dihydroxyacetone फॉस्फेट के लिए isomerized। दोनों तीनों फॉस्फेट का उपयोग फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट (फ्रुक्टोस बिस्फोस्फेट एल्डोलस द्वारा उत्प्रेरित एक रिवर्स प्रतिक्रिया) के निर्माण में किया जाता है। गठित फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट के अणुओं का एक हिस्सा, ट्राइसे फॉस्फेट्स के साथ, रिबुलोज डिपॉस्फेट (चक्र बंद) के उत्थान में भाग लेते हैं, और दूसरे भाग का उपयोग प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट के भंडारण के लिए किया जाता है, जैसा कि आरेख में दिखाया गया है।

यह अनुमान है कि केल्विन चक्र में सीओ 2 से एक ग्लूकोज अणु के संश्लेषण के लिए 12 एनएडीपीएच आवश्यक है। · एच + एच + और 18 एटीपी (12 एटीपी अणु 3-फॉस्फोग्लिसरेट की कमी पर खर्च किए जाते हैं, और 6 अणु - राइबुलस डिपोस्फेट पुनर्जनन की प्रतिक्रियाओं में)। न्यूनतम अनुपात 3 एटीपी: 2 एनएडीपी है · ज २।

एक प्रकाश संश्लेषक और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन अंतर्निहित सिद्धांतों की समानता को नोटिस कर सकते हैं, और फोटोफॉस्फोराइलेशन है, जैसा कि यह था, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलीकरण:

प्रकाश की ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण के दौरान फॉस्फोराइलेशन और कार्बनिक पदार्थों (एस-एच 2) के संश्लेषण के पीछे ड्राइविंग बल है, और, इसके विपरीत, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलीकरण के दौरान कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा। इसलिए, यह पौधे हैं जो जानवरों और अन्य हेटरोट्रॉफ़िक जीवों के लिए जीवन प्रदान करते हैं:

प्रकाश संश्लेषण के दौरान उत्पादित कार्बोहाइड्रेट का उपयोग पौधों में कई कार्बनिक पदार्थों के कार्बन कंकाल के निर्माण के लिए किया जाता है। ऑर्गेनो-नाइट्रोजन पदार्थों को अकार्बनिक नाइट्रेट्स या वायुमंडलीय नाइट्रोजन, और सल्फर की कमी से प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है - सल्फेट्स की कमी से अमीनो एसिड के सल्फाइड्रायल समूहों में। प्रकाश संश्लेषण अंततः न केवल आवश्यक प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, कॉफ़ेक्टर के निर्माण को सुनिश्चित करता है, बल्कि द्वितीयक संश्लेषण के कई उत्पाद भी हैं, जो मूल्यवान औषधीय पदार्थ (एल्कलॉइड, फ्लेवोनोइड, पॉलीफेनोल, टेरपेन, स्टेरॉयड, कार्बनिक एसिड, आदि) हैं। ।)।

क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण

क्लोरोफिल मुक्त प्रकाश संश्लेषण में एक बैंगनी प्रकाश-संवेदनशील वर्णक के साथ नमक-प्यार करने वाले बैक्टीरिया पाए गए हैं। यह वर्णक बैक्टीरियोहाइडोप्सिन नामक एक प्रोटीन के रूप में निकला, जो रेटिना, रोडोप्सिन के दृश्य परपूरा की तरह, विटामिन ए, रेटिना का व्युत्पन्न होता है। नमक-प्यार करने वाले बैक्टीरिया की झिल्ली में निर्मित बैक्टीरियोरोडोप्सिन, रेटिना द्वारा प्रकाश के अवशोषण की प्रतिक्रिया में इस झिल्ली पर एक प्रोटॉन क्षमता बनाता है, जिसे एटीपी में बदल दिया जाता है। इस प्रकार, बैक्टीरियोरोडोप्सिन प्रकाश ऊर्जा का एक क्लोरोफिल मुक्त कनवर्टर है।

प्रकाश संश्लेषण और बाहरी वातावरण

प्रकाश संश्लेषण, प्रकाश, जल और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में ही संभव है। प्रकाश संश्लेषण की दक्षता खेती की प्रजातियों में 20% से अधिक नहीं है, और आमतौर पर यह 6-7% से अधिक नहीं है। लगभग 0.03% (वॉल्यूम।) सीओ 2 के वातावरण में, इसकी सामग्री में 0.1% की वृद्धि के साथ, प्रकाश संश्लेषण और पौधों की उत्पादकता में वृद्धि होती है, इसलिए पौधों को हाइड्रोकार्बन के साथ खिलाने की सलाह दी जाती है। हालांकि, 1.0% से ऊपर हवा में सीओ 2 सामग्री प्रकाश संश्लेषण पर हानिकारक प्रभाव डालती है। एक वर्ष के लिए, केवल स्थलीय पौधे पृथ्वी के वायुमंडल के कुल СО 2 के 3% को आत्मसात करते हैं, अर्थात, लगभग 20 बिलियन टन। СО 2 से संश्लेषित कार्बोहाइड्रेट प्रकाश ऊर्जा के 4 · 10 18 kJ तक जमा होते हैं। यह पावर प्लांट की क्षमता 40 बिलियन किलोवाट से मेल खाती है। प्रकाश संश्लेषण का बायप्रोडक्ट - ऑक्सीजन - उच्च जीवों और एरोबिक सूक्ष्मजीवों के लिए महत्वपूर्ण है। वनस्पति को संरक्षित करने का अर्थ है पृथ्वी पर जीवन का संरक्षण करना।

प्रकाश संश्लेषण दक्षता

बायोमास उत्पादन के संदर्भ में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता का अनुमान एक निश्चित समय में एक निश्चित क्षेत्र पर पड़ने वाले कुल सौर विकिरण के अनुपात के माध्यम से लगाया जा सकता है, जो फसल के कार्बनिक पदार्थों में संग्रहीत होता है। प्रति वर्ष क्षेत्र की प्रति इकाई प्राप्त कार्बनिक शुष्क पदार्थ की मात्रा से प्रणाली की उत्पादकता का अनुमान लगाया जा सकता है, और प्रति वर्ष प्रति हेक्टेयर प्राप्त उत्पाद के द्रव्यमान (किलो) या ऊर्जा (एमजे) की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है।

बायोमास उपज निर्भर करता है, इसलिए, सौर ऊर्जा (पत्तियों) के कलेक्टर के क्षेत्र पर, पूरे वर्ष कार्य करना, और एक वर्ष में ऐसे प्रकाश की स्थिति के साथ दिन की संख्या जब प्रकाश संश्लेषण अधिकतम दर पर संभव है, जो पूरी प्रक्रिया की दक्षता निर्धारित करता है। पौधों को उपलब्ध सौर विकिरण (% में) के अनुपात (फोटोसिंथेटिक रूप से सक्रिय विकिरण, PAR), और मुख्य फोटोकैमिकल और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं और उनके थर्मोडायनामिक के ज्ञान को निर्धारित करने के परिणाम, दक्षता कार्बोहाइड्रेट के संदर्भ में कार्बनिक पदार्थों के गठन की संभावित सीमित दरों की गणना करना संभव बनाते हैं।

पौधे 400 और 700 एनएम के बीच तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का उपयोग करते हैं, जिसका अर्थ है कि प्रकाश संश्लेषण सभी सक्रिय सूर्य के प्रकाश का 50% हिस्सा है। यह एक विशिष्ट धूप दिन (औसतन) के लिए पृथ्वी की सतह पर 800-1000 डब्ल्यू / एम 2 की तीव्रता से मेल खाती है। व्यवहार में, प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऊर्जा रूपांतरण की औसत अधिकतम दक्षता 5-6% है। ये अनुमान सीओ 2 बाध्यकारी प्रक्रिया के अध्ययन से निकले हैं, साथ ही साथ शारीरिक और शारीरिक नुकसान भी हैं। कार्बोहाइड्रेट के रूप में बाध्य CO2 का एक तिल 0.47 एमजे की ऊर्जा से मेल खाता है, और 680 एनएम की तरंग दैर्ध्य (प्रकाश संश्लेषण में उपयोग की जाने वाली सबसे अधिक ऊर्जा-खराब रोशनी) 0.176 एमजे के साथ लाल बत्ती की एक मात्रा की ऊर्जा है। इस प्रकार, सीओ 2 के 1 मोल को बांधने के लिए आवश्यक लाल प्रकाश क्वांटा के मोल्स की न्यूनतम संख्या 0.47: 0.176 \u003d 2.7 है। हालांकि, एक सीओ 2 अणु को ठीक करने के लिए पानी से चार इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण के लिए कम से कम आठ क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है, सैद्धांतिक बंधन दक्षता 2.7: 8 \u003d 33% है। ये गणना लाल बत्ती के लिए की जाती है; यह स्पष्ट है कि सफेद रोशनी के लिए यह मान समान रूप से कम होगा।

सर्वोत्तम क्षेत्र की स्थितियों में, पौधों में निर्धारण क्षमता 3% तक पहुंच जाती है, लेकिन यह केवल विकास की छोटी अवधि में संभव है और, यदि पूरे वर्ष के लिए पुनर्गणना की जाती है, तो यह 1 और 3% के बीच कहीं होगी।

व्यवहार में, प्रति वर्ष औसतन, समशीतोष्ण जलवायु वाले क्षेत्रों में प्रकाश संश्लेषक ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता आमतौर पर 0.5-1.3% होती है, और उपोष्णकटिबंधीय फसलों के लिए - 0.5-2.5%। उत्पाद की पैदावार जो सूर्य के प्रकाश की तीव्रता के एक निश्चित स्तर पर होने की उम्मीद की जा सकती है और प्रकाश संश्लेषण की विभिन्न दक्षता का अनुमान अंजीर में दिखाए गए रेखांकन से आसानी से लगाया जा सकता है। नौ।

प्रकाश संश्लेषण का महत्व

• प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया सभी जीवित चीजों के पोषण का आधार है, और ईंधन, फाइबर और अनगिनत उपयोगी रसायनों के साथ मानवता की आपूर्ति भी करती है।
• प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड और हवा से बंधे पानी से फसल का लगभग 90-95% शुष्क भार बनता है।
• मनुष्य भोजन में प्रकाश संश्लेषण के उत्पादों का लगभग 7% उपयोग करता है, पशु आहार के रूप में, ईंधन और निर्माण सामग्री के रूप में

सामान्य रूप से प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए रासायनिक समीकरण को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

६ क्वोट २ + ६ ग्रा २ २ + कलाइट → С ६ वे १२ हे ६ + ६ ओ २।

प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें सूर्य की विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को क्लोरोफिल और सहायक रंजक द्वारा अवशोषित किया जाता है और इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड का अवशोषण, इसकी कार्बनिक यौगिकों में कमी और वायुमंडल में ऑक्सीजन की वापसी होती है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, सरल से नहीं कार्बनिक यौगिक (सीओ 2, एच 2 ओ) विभिन्न कार्बनिक यौगिकों का निर्माण किया जाता है। नतीजतन, रासायनिक बांडों की पुनर्व्यवस्था होती है: सी के बजाय - ओ और एच - ओ बांड, सी - सी और सी - एच बांड दिखाई देते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनों एक उच्च ऊर्जा स्तर पर कब्जा कर लेते हैं। इस प्रकार, ऊर्जा-समृद्ध कार्बनिक पदार्थ जो ऊर्जा और सांस लेने की प्रक्रिया में फ़ीड करते हैं और प्राप्त करते हैं, जानवरों और मनुष्यों को शुरू में एक हरे पत्ते में बनाया जाता है। हम कह सकते हैं कि पृथ्वी पर लगभग सभी जीवित पदार्थ प्रकाश संश्लेषक गतिविधि का परिणाम है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया की खोज की तारीख 1771 मानी जा सकती है। अंग्रेजी वैज्ञानिक जे। प्रिस्टले ने जानवरों की महत्वपूर्ण गतिविधि के कारण हवा की संरचना में बदलाव पर ध्यान आकर्षित किया। हरे पौधों की उपस्थिति में, हवा फिर से सांस लेने और जलने के लिए उपयुक्त हो गई। इसके बाद, कई वैज्ञानिकों (जे। इनजेनहॉस, जे। सेंबियर, टी। सॉसर, जे। बी। बुसिंगसोट) के काम में पाया गया कि हरे पौधे हवा से CO2 को अवशोषित करते हैं, जिससे कार्बनिक पदार्थ प्रकाश में पानी की भागीदारी के साथ बनता है। यह प्रक्रिया 1877 में जर्मन वैज्ञानिक डब्ल्यू। फाफर ने प्रकाश संश्लेषण को कहा था। आर। मेयर द्वारा तैयार ऊर्जा के संरक्षण का नियम प्रकाश संश्लेषण के सार के प्रकटीकरण के लिए बहुत महत्वपूर्ण था। 1845 में, आर। मेयर ने इस धारणा को सामने रखा कि पौधों द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा सूर्य की ऊर्जा है, जो पौधे प्रकाश संश्लेषण के दौरान रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं। इस स्थिति को विकसित किया गया था और प्रयोगात्मक रूप से उल्लेखनीय रूसी वैज्ञानिक के.ए. के अध्ययन में पुष्टि की गई थी। Timiryazev।

प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश और अंधेरे प्रतिक्रिया दोनों शामिल हैं। कई प्रयोगों को अंजाम दिया गया है, जो यह साबित करता है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, प्रकाश ऊर्जा के उपयोग के साथ न केवल प्रतिक्रियाएं होती हैं, बल्कि अंधेरे वाले भी होते हैं, जिन्हें प्रकाश ऊर्जा की प्रत्यक्ष भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान अंधेरे प्रतिक्रियाओं के अस्तित्व के लिए निम्नलिखित साक्ष्य दिए जा सकते हैं:

1) बढ़ते तापमान के साथ प्रकाश संश्लेषण तेज होता है। इसका सीधा तात्पर्य है कि इस प्रक्रिया के कुछ चरण सीधे प्रकाश ऊर्जा के उपयोग से संबंधित नहीं हैं। तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता विशेष रूप से उच्च प्रकाश तीव्रता पर स्पष्ट होती है। जाहिर है, इस मामले में, प्रकाश संश्लेषण की दर अंधेरे प्रतिक्रियाओं द्वारा ठीक सीमित है;

2) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करने की दक्षता आंतरायिक रोशनी के साथ अधिक हो गई। इस मामले में, प्रकाश ऊर्जा के अधिक कुशल उपयोग के लिए, अंधेरे अंतराल की अवधि प्रकाश की अवधि से काफी अधिक होनी चाहिए।

प्रकाश संश्लेषण पिगमेंट

प्रकाश के लिए एक पौधे के जीव पर प्रभाव पड़ता है और विशेष रूप से, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में उपयोग करने के लिए, इसे फोटोरिसेप्टर्स-पिगमेंट द्वारा अवशोषित किया जाना चाहिए। पिग्मेंट्स रंगीन पदार्थ हैं। वर्णक एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं। सौर स्पेक्ट्रम के Unabsorbed क्षेत्रों परिलक्षित होते हैं, जो वर्णक के रंग को निर्धारित करता है। इस प्रकार, हरे वर्णक क्लोरोफिल लाल और नीली किरणों को अवशोषित करता है, जबकि हरी किरणें मुख्य रूप से परिलक्षित होती हैं। सौर स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में 400 से 700 एनएम तक तरंग दैर्ध्य शामिल हैं। पूरे दृश्य स्पेक्ट्रम को अवशोषित करने वाले पदार्थ काले दिखाई देते हैं।

प्लास्टिड में केंद्रित पिगमेंट को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: क्लोरोफिल, कैरोटीनॉयड, फाइकोबिलिन.

समूह को chlorophylls उन कार्बनिक यौगिकों को शामिल करें जिनमें मैग्नीशियम परमाणुओं द्वारा जुड़े 4 पिरामिड रिंग होते हैं और उनका रंग हरा होता है।

वर्तमान में, लगभग दस क्लोरोफिल ज्ञात हैं। वे जीवों के बीच रासायनिक संरचना, रंग, वितरण में भिन्न होते हैं। सभी उच्च पौधों में क्लोरोफिल ए और बी होते हैं। क्लोरोफिल c डायटम में पाया जाता है, लाल शैवाल में क्लोरोफिल d।

मुख्य रंजक, जिसके बिना प्रकाश संश्लेषण नहीं होता है, हरे पौधों के लिए क्लोरोफिल और बैक्टीरिया के लिए बैक्टीरियोक्लोरोफिल हैं। पहली बार, उच्च पौधों की हरी पत्ती रंजक की एक सटीक समझ सबसे बड़े रूसी वनस्पति विज्ञान एम.एस. के कार्यों के लिए धन्यवाद प्राप्त की गई थी। रंग (1872-1919)। उन्होंने पदार्थों को अलग करने और उनके शुद्ध रूप में पत्ती रंजक को अलग करने के लिए एक नई क्रोमैटोग्राफिक विधि विकसित की।

पदार्थों की क्रोमैटोग्राफिक पृथक्करण उनकी अलग सोखने की क्षमता पर आधारित है। इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। एमएस। रंग ने शीट से एक ग्लास ट्यूब के माध्यम से पाउडर - चाक या सुक्रोज (क्रोमैटोग्राफिक कॉलम) के माध्यम से अर्क पारित किया। वर्णक मिश्रण के अलग-अलग घटक सोखने की डिग्री में भिन्न थे और अलग-अलग गति से चले गए, जिसके परिणामस्वरूप वे स्तंभ के विभिन्न क्षेत्रों में केंद्रित थे। स्तंभ को अलग-अलग हिस्सों (क्षेत्रों) में विभाजित करके और एक उपयुक्त विलायक प्रणाली का उपयोग करके, प्रत्येक वर्णक को अलग किया जा सकता है। यह पता चला कि उच्च पौधों की पत्तियों में क्लोरोफिल ए और क्लोरोफिल बी, साथ ही कैरोटीनॉयड (कैरोटीन, ज़ैंथोफिल, आदि) होते हैं। क्लोरोफिल, कैरोटीनॉयड की तरह, पानी में अघुलनशील होते हैं, लेकिन कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अत्यधिक घुलनशील होते हैं। क्लोरोफिल ए और बी रंग में भिन्न होते हैं: क्लोरोफिल एक नीला-हरा है, और क्लोरोफिल बी पीला-हरा है। पत्ती में क्लोरोफिल की सामग्री क्लोरोफिल बी की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक है।

कैरोटीनॉयड पीले और नारंगी रंग के एलीफेटिक संरचना, आइसोप्रीन डेरिवेटिव हैं। कैरोटीनॉयड सभी उच्च पौधों और कई सूक्ष्मजीवों में पाए जाते हैं। ये विभिन्न प्रकार के कार्यों के साथ सबसे आम वर्णक हैं। ऑक्सीजन युक्त कैरोटेनॉइड्स को xanthophylls कहा जाता है। उच्च पौधों में कैरोटीनॉयड के मुख्य प्रतिनिधि दो वर्णक हैं - कैरोटीन (नारंगी) और ज़ेंथोफिल (पीला)। क्लोरोफिल के विपरीत, कैरोटीनॉयड लाल किरणों को अवशोषित नहीं करते हैं, न ही उनके पास फ्लोरोसेंट करने की क्षमता है। क्लोरोफिल की तरह, क्लोरोप्लास्ट और क्रोमैटोफोरस में कैरोटीनॉयड प्रोटीन के रूप में पानी-अघुलनशील परिसरों के रूप में होते हैं। कैरोटीनॉयड, सौर स्पेक्ट्रम के कुछ हिस्सों को अवशोषित करते हुए, इन किरणों की ऊर्जा को क्लोरोफिल अणुओं में स्थानांतरित करते हैं। इस प्रकार, वे उन किरणों के उपयोग की सुविधा प्रदान करते हैं जो क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित नहीं होती हैं।

Phycobilins - सायनोबैक्टीरिया और कुछ शैवाल में लाल और नीले रंग के रंग पाए जाते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि लाल शैवाल और सायनोबैक्टीरिया, क्लोरोफिल ए के साथ, फाइकोबिलिन होते हैं। फ़ाइकोबिलिन की रासायनिक संरचना चार पिरामिड समूहों पर आधारित है।

फ़ाइकोबिलिन पिगमेंट हैं: फ़ाइकोसैनीन, फ़ाइकोएरिथ्रिन और एलोफ़ियोसायनिन। फ़ाइकोएर्थ्रिन एक ऑक्सीकृत फ़ाइकोसायनिन है। Phycobilins प्रोटीन के साथ मजबूत यौगिक बनाते हैं (Phycobilin प्रोटीन)। फाइटोबिलिन और प्रोटीन के बीच का संबंध केवल एसिड द्वारा नष्ट हो जाता है।

Phycobilins सौर स्पेक्ट्रम के हरे और पीले भागों में किरणों को अवशोषित करता है। यह स्पेक्ट्रम का वह हिस्सा है जो क्लोरोफिल की दो मुख्य अवशोषण रेखाओं के बीच स्थित होता है। फाइकोरोथ्रिन 495-565 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ किरणों को अवशोषित करता है, और फाइकोसाइनिन - 550-615 एनएम। प्रकाश के वर्णक्रमीय रचना के साथ फ़ाइकोबिलिन के अवशोषण स्पेक्ट्रा की तुलना जिसमें प्रकाश संश्लेषण सियानोबैक्टीरिया और लाल शैवाल में होता है, यह दर्शाता है कि वे बहुत करीब हैं। इससे पता चलता है कि फ़ाइकोबिलिन प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और कैरोटीनॉयड की तरह, इसे क्लोरोफिल अणु में स्थानांतरित करते हैं, जिसके बाद इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में किया जाता है। शैवाल में फाइटोबिलिन की उपस्थिति, सौर स्पेक्ट्रम के वर्गों के उपयोग के लिए विकास की प्रक्रिया में जीवों के अनुकूलन का एक उदाहरण है जो मोटाई के माध्यम से प्रवेश करती है समुद्र का पानी (वर्णनात्मक अनुकूलन)। जैसा कि आप जानते हैं, क्लोरोफिल की मुख्य अवशोषण रेखा के अनुरूप लाल किरणें पानी के स्तंभ से गुजरते समय अवशोषित हो जाती हैं। हरे रंग की किरणें गहराई से प्रवेश करती हैं, जो क्लोरोफिल द्वारा नहीं, बल्कि फ़ाइकोबिलिन द्वारा अवशोषित होती हैं।

क्लोरोफिल के गुण

सभी क्लोरोफिल पायरोल मैग्नीशियम लवण हैं। क्लोरोफिल अणु के केंद्र में मीथेन पुलों द्वारा एक दूसरे से जुड़े मैग्नीशियम और चार पिरामिड रिंग हैं।

रासायनिक संरचना के अनुसार, क्लोरोफिल एक डाइकारबॉक्सिलिक कार्बनिक अम्ल - क्लोरोफिलिन और दो अल्कोहल - फाइटोल और मिथाइल के एस्टर हैं।

क्लोरोफिल अणु का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा केंद्रीय नाभिक है। इसमें चार पुष्ठीय पांच सदस्यीय छल्ले होते हैं जो कार्बन पुलों से जुड़े होते हैं और एक मैग्नीशियम परमाणु से बंधे हुए मध्य में नाइट्रोजन परमाणुओं के साथ एक बड़ा पोर्फिरीन कोर बनाते हैं। क्लोरोफिल अणु में एक अतिरिक्त साइक्लोपेंटेनोन रिंग होती है जिसमें कार्बोनिल और कार्बोक्सिल समूह होते हैं जो मिथाइल अल्कोहल के साथ ईथर बंधन से जुड़े होते हैं। दस के एक गोलाकार संयुग्मित प्रणाली के पोरफाइरिन कोर में उपस्थिति डबल बॉन्ड और मैग्नीशियम क्लोरोफिल के हरे रंग की विशेषता के लिए जिम्मेदार है।

क्लोरोफिल b क्लोरोफिल से भिन्न होता है, केवल दूसरे पिरामिड रिंग में मिथाइल समूह के बजाय इसमें एल्डिहाइड समूह COH होता है। क्लोरोफिल का रंग नीला-हरा होता है, जबकि क्लोरोफिल का रंग हल्का हरा होता है। उन्हें क्रोमैटोग्राम की विभिन्न परतों में वर्गीकृत किया गया है, जो अलग-अलग रासायनिक और इंगित करता है भौतिक गुण... आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, क्लोरोफिल बी का जैवसंश्लेषण क्लोरोफिल ए के माध्यम से आगे बढ़ता है।

प्रतिदीप्ति घटना प्रकाश के प्रभाव में कई निकायों की संपत्ति है, बदले में, प्रकाश का उत्सर्जन करने के लिए: जबकि उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य आमतौर पर रोमांचक प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से अधिक होती है। क्लोरोफिल के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक उनकी प्रतिदीप्ति की स्पष्ट क्षमता है, जो समाधान में तीव्र है और प्लास्टिड्स में पत्ती के ऊतकों में निहित क्लोरोफिल में बाधित है। यदि आप प्रकाश की किरणों में एक क्लोरोफिल घोल को देखते हैं, तो यह पन्ना हरा लगता है, अगर आप इसे परावर्तित प्रकाश की किरणों में देखते हैं, तो यह एक लाल रंग प्राप्त करता है - यह प्रतिदीप्ति की घटना है।

क्लोरोफिल अवशोषण स्पेक्ट्रा में भिन्न होते हैं, जबकि क्लोरोफिल बी में, क्लोरोफिल ए की तुलना में, स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र में अवशोषण बैंड को लघु-तरंग दैर्ध्य किरणों की ओर स्थानांतरित किया जाता है, और नीले-बैंगनी क्षेत्र में, अवशोषण अधिकतम को लंबी-तरंग दैर्ध्य (लाल) किरणों की ओर स्थानांतरित किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण - जैविक प्रक्रियाएक रेडॉक्स प्रणाली से दूसरे में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को पूरा करना।

कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से पौधों की प्रकाश संश्लेषण के दौरान, कार्बोहाइड्रेट बनते हैं:

(प्रकाश संश्लेषण की कुल प्रतिक्रिया)।

पौधों में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में CO2 की बाद की कमी के लिए पानी इलेक्ट्रॉनों या हाइड्रोजन परमाणुओं के दाता की भूमिका निभाता है। इसलिए, प्रकाश संश्लेषण का वर्णन करने वाले समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है

प्रकाश संश्लेषण के एक तुलनात्मक अध्ययन में, यह पाया गया कि एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की भूमिका में प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में

(या हाइड्रोजन परमाणु), CO2 के अलावा, कुछ मामलों में, नाइट्रेट आयन, आणविक नाइट्रोजन, या यहां तक \u200b\u200bकि हाइड्रोजन आयन कार्य करते हैं। पानी के अलावा, हाइड्रोजन सल्फाइड, इसोप्रोपाइल अल्कोहल और किसी भी अन्य संभावित दाता, प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं के प्रकार के आधार पर, इलेक्ट्रॉनों या हाइड्रोजन परमाणुओं के दाताओं के रूप में कार्य कर सकते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की समग्र प्रतिक्रिया के लिए, 2872 kJ / mol की ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, कम रिडॉक्स क्षमता के साथ कम करने वाले एजेंट का होना आवश्यक है। संयंत्र प्रकाश संश्लेषण में, NADPH + इस तरह के एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है।

प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाएं होती हैं क्लोरोप्लास्ट * हरे पौधों की कोशिकाएं - इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल, माइटोकॉन्ड्रिया के समान और उनका अपना डीएनए भी होता है। क्लोरोप्लास्ट में आंतरिक झिल्ली संरचनाएं - थायलाकोइड्स - शामिल क्लोरोफिल (एक वर्णक जो प्रकाश को फंसाता है) साथ ही साथ सभी इलेक्ट्रॉन वाहक भी। क्लोरोप्लास्ट के अंदर थायलाकोइड-मुक्त स्थान को कहा जाता है स्ट्रोमा।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश-निर्भर भाग में, "प्रकाश प्रतिक्रिया", H2O अणुओं को प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और एक ऑक्सीजन परमाणु के रूप में विभाजित किया जाता है। प्रकाश की ऊर्जा द्वारा "उत्तेजित" NADP + को पुनर्स्थापित करने के लिए ऊर्जा के स्तर तक पर्याप्त पहुंच जाती है। परिणामस्वरूप NADP + H +, H 2 0 के विपरीत, कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित करने के लिए एक उपयुक्त कम करने वाला एजेंट है। यदि सिस्टम में NADPH + H +, ATP और संबंधित एंजाइम शामिल हैं, तो CO2 निर्धारण भी अंधेरे में आगे बढ़ सकता है; ऐसी प्रक्रिया को कहा जाता है गति प्रतिक्रिया।

थायलाकोइड झिल्ली में तीन प्रकार के कॉम्प्लेक्स होते हैं (चित्र 16.2)। पहले दो एक विस्तृत इलेक्ट्रॉन वाहक द्वारा बंधे हैं - प्लास्टोक्विनोन (Q), ubiquinone संरचना में समान है, और तीसरा एक छोटा पानी में घुलनशील प्रोटीन है - plastocyanin (रुपये), इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण में भी शामिल है। इसमें एक तांबे का परमाणु होता है, जो या तो दाताओं या इलेक्ट्रॉनों के एक स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है (वैकल्पिक रूप से Cu + या Cu 2+ स्थिति में)। इन तीन प्रकार के परिसरों का नाम तदनुसार रखा गया है photosystem II (FS II), साइटोक्रोम एन का परिसर / (साइट बी / एफ), जिसमें दो साइटोक्रोम और एक आयरन-सल्फर केंद्र होता है और कम प्लास्टोक्विनोन से प्लास्टोसायनिन तक इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को अंजाम देता है, और photosystem मैं (एफएस मैं)। फोटो सिस्टम की संख्या उनके उद्घाटन के आदेश को दर्शाती है, न कि स्थानांतरण श्रृंखला में उनके प्रवेश के आदेश को।

चित्र: 16.2।

इस पूरे तंत्र का कार्य कुल अभिक्रिया करना है

प्रतिक्रिया सूरज की रोशनी के रूप में प्रणाली में प्रवेश करने वाली गिब्स ऊर्जा में एक बड़ी वृद्धि के साथ है: प्रत्येक एनएडीपीएच अणु के गठन पर दो अवशोषित क्वांटा की ऊर्जा खर्च होती है।

फोटॉन ऊर्जा घटना प्रकाश की आवृत्ति के लिए सीधे आनुपातिक है और आइंस्टीन सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है, जो ऊर्जा को निर्धारित करती है इ प्रकाश के क्वांटा का एक "तिल", 6.023-10 23 क्वांटा (1 आइंस्टीन) के बराबर:

यहाँ एन - एवोगैड्रो की संख्या (6.023-10 23 1 / मोल); ज - प्लांक की स्थिरांक (6.626-10 34 जे / एस); v घटना प्रकाश की आवृत्ति है, संख्यात्मक रूप से अनुपात के बराबर है एस / एच, जहाँ c वैक्यूम में प्रकाश की गति है (3.0-10 8 m / s); एक्स - प्रकाश तरंग दैर्ध्य, मीटर; इ - ऊर्जा, जे।

जब एक फोटॉन अवशोषित होता है, तो एक परमाणु या अणु उच्च ऊर्जा के साथ एक उत्तेजित अवस्था में गुजरता है। केवल एक निश्चित तरंग दैर्ध्य वाले फोटॉन एक परमाणु या अणु को उत्तेजित कर सकते हैं, क्योंकि उत्तेजना प्रक्रिया प्रकृति में असतत (क्वांटम) है। उत्साहित राज्य बेहद अस्थिर है, जमीन की स्थिति में वापसी ऊर्जा के नुकसान के साथ है।

पौधों में, प्रकाश को अवशोषित करने वाला रिसेप्टर एक क्लोरोफिल अणु है तथा, जिसकी रासायनिक संरचना नीचे दी गई है।

क्लोरोफिल टेट्रापायरोल है, जो संरचनात्मक रूप से हीम है। हीम के विपरीत, क्लोरोफिल का केंद्रीय परमाणु मैग्नीशियम होता है, और साइड चेन में से एक में एक लंबी हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन श्रृंखला होती है जो थाइलाकोइड झिल्ली के लिपिड bilayer में क्लोरोफिल को लंगर डालती है। हीम की तरह, क्लोरोफिल में संयुग्मित डबल बॉन्ड की एक प्रणाली होती है जो एक तीव्र रंग की उपस्थिति का निर्धारण करती है। हरे पौधों में, क्लोरोफिल अणुओं को प्रकाश, एक प्रतिक्रिया केंद्र और एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला पर कब्जा करने वाले क्लोरोफिल अणुओं के फोटो सिस्टम में पैक किया जाता है।

PS II में क्लोरोफिल P 680, और PS I - P 7 oo (अंग्रेजी से) में निर्दिष्ट है। रंग - वर्णक; संख्या nm में अधिकतम प्रकाश अवशोषण की तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है)। ऐसे केंद्रों में ऊर्जा को पंप करने वाले क्लोरोफिल अणु कहलाते हैं एंटीना। इन दो तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के क्लोरोफिल अणुओं द्वारा अवशोषण के संयोजन से प्रकाश तरंगों की प्रकाश संश्लेषण की दर उच्चतर होती है क्योंकि इनमें से प्रत्येक तरंगदैर्घ्य द्वारा प्रकाश का अवशोषण होता है। क्लोरोप्लास्ट में प्रकाश संश्लेषण को तथाकथित जेड-योजना (फ्रेट से) द्वारा वर्णित किया गया है। वक्र)।

अंधेरे में PS II के प्रतिक्रिया केंद्रों में क्लोरोफिल Р 6 8о जमीनी अवस्था में है, कोई कम करने वाला गुण नहीं दिखाता है। जब P 680 एंटीना क्लोरोफिल से फोटॉन ऊर्जा प्राप्त करता है, तो यह एक उत्तेजित अवस्था में जाता है और एक इलेक्ट्रॉन को छोड़ना चाहता है जो ऊपरी ऊर्जा स्तर पर होता है। नतीजतन, यह इलेक्ट्रॉन पीएस II इलेक्ट्रॉन वाहक, फियोफाइटिन (पीएच), क्लोरोफिल की संरचना में समान वर्णक प्राप्त करता है, लेकिन एमजी 2+ युक्त नहीं।

दो कम फियोफाइटिन अणु क्रमिक रूप से प्लास्टोक्विनोन की कमी के लिए प्राप्त इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं, पीएस II से एक लिपिड-घुलनशील इलेक्ट्रॉन वाहक को साइटोक्रोम बी / एफ कॉम्प्लेक्स।

पीएस I प्रतिक्रिया केंद्र में, एंटीना क्लोरोफिल द्वारा कब्जा की गई फोटॉन ऊर्जा भी क्लोरोफिल P700 तक नीचे बहती है। यह P700 को शक्तिशाली कम करने वाला एजेंट बनाता है। उत्तेजित क्लोरोफिल पी 7 ओ से एक इलेक्ट्रॉन को एक छोटी श्रृंखला के साथ स्थानांतरित किया जाता है ferredoxin (एफडी) एक पानी में घुलनशील स्ट्रोमल प्रोटीन है जिसमें लोहे के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन-निकालने वाले क्लस्टर होते हैं। फैरडॉक्सिन एफएडी-डिपेंडेंट एंजाइम द्वारा फैरडॉक्स-सिन-एनएडीपी * -डक्टेस NADP + को NADPH में पुनर्स्थापित करता है।

प्रारंभिक (जमीन) स्थिति में लौटने के लिए, Р 7 को कम प्लास्टोसायनिन से एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त होता है:

PS II में, Pb80 + अपनी मूल स्थिति में लौटता है, पानी से एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है, क्योंकि एक इलेक्ट्रॉन के लिए इसकी आक्सीजन ऑक्सीजन की तुलना में अधिक होती है।

प्रकाश संश्लेषण अन्य जैव रासायनिक प्रक्रियाओं से भिन्न होता है जो एनएडीपी + में कमी और एटीपी संश्लेषण प्रकाश ऊर्जा की कीमत पर होता है। सभी आगे रासायनिक परिवर्तन, जिसके दौरान ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट बनते हैं, मौलिक रूप से एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं से भिन्न नहीं होते हैं।

प्रमुख मेटाबोलाइट है 3-phosphoglycerate, जिसमें से कार्बोहाइड्रेट को जिगर में उसी तरह से संश्लेषित किया जाता है, केवल इस अंतर के साथ कि इन प्रक्रियाओं में कम करने वाला एजेंट एनएडीपीएच है, न कि एनएडीएच।

कार्बन डाइऑक्साइड से 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट का संश्लेषण एंजाइम का उपयोग करके किया जाता है - राइबुलस डिपोहॉस्फेट कार्बोक्सिलेज / आक्सीजन:

कार्बोक्सिलेज 3-फॉस्फोग्लाइसेर के दो अणुओं में राइबोज-1,5-डिपोस्फेट को साफ करता है और एक ही समय में कार्बन डाइऑक्साइड के एक अणु को जोड़ता है।

कार्बन डाइऑक्साइड का लगाव (निर्धारण) एक चक्रीय प्रक्रिया में होता है जिसे कहा जाता है केल्विन चक्र।

कुल चक्र प्रतिक्रिया:

अपचय के साथ, यह प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में जाती है (अध्याय 12 देखें)।

केल्विन चक्र की प्रतिक्रियाओं का क्रम निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

15 वें चरण में, चक्र समाप्त होता है और 6 वें राइबुलस-1,5-डिपोस्फेट 1 चरण में प्रवेश करता है।

तो, पौधों में प्रकाश संश्लेषण के दौरान, कार्बन डाइऑक्साइड 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट (चक्र के पहले चरण) के गठन के साथ राइबुलस-1,5-फॉस्फेट के साथ एक अंधेरे प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप ग्लूकोज के कार्बन कंकाल में प्रवेश करता है।

में वनस्पति कार्बोहाइड्रेट को एक आरक्षित पोषक तत्व सामग्री (स्टार्च) के रूप में बड़ी मात्रा में संग्रहीत किया जाता है। पॉलीसेकेराइड स्टार्च 8 वें चरण में प्राप्त ग्लूकोज के बहुलककरण के परिणामस्वरूप बनता है।

1. अवधारणाओं की परिभाषाएँ दें।
प्रकाश संश्लेषण - प्रकाश संश्लेषक पिगमेंट की भागीदारी से प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया।
स्वपोषक - वे जीव जो अकार्बनिक से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं।
हेटरोट्रोफ़ वे जीव हैं जो प्रकाश संश्लेषण या रसायन विज्ञान द्वारा अकार्बनिक लोगों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने में असमर्थ हैं।
Mixotrophs - कार्बन और ऊर्जा के विभिन्न स्रोतों का उपयोग करने में सक्षम जीव।

2. तालिका को पूरा करें।

3. तालिका को पूरा करें।

4. महान रूसी वैज्ञानिक केए तिमिर्याज़ेव के बयान का सार स्पष्ट करें: "एक लॉग सौर ऊर्जा की एक इच्छा है।"
लॉग एक पेड़ का एक हिस्सा है, इसके ऊतकों में संचित कार्बनिक यौगिक (सेल्यूलोज, चीनी, आदि) होते हैं, जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में बने थे।

5. प्रकाश संश्लेषण का सारांश समीकरण लिखिए। प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक शर्तें इंगित करना न भूलें।

12. एक शब्द का चयन करें और बताएं कि इसका आधुनिक अर्थ इसकी जड़ों के मूल अर्थ से कैसे मेल खाता है।
चुना गया शब्द मिक्सोट्रोफ़्स है।
अनुरूपता। इस शब्द को स्पष्ट किया गया है, इसलिए एक मिश्रित प्रकार के भोजन के साथ जीवों को कहा जाता है, जो कार्बन और ऊर्जा के विभिन्न स्रोतों का उपयोग करने में सक्षम हैं।

13. मुख्य विचारों को संक्षिप्त करें और लिखें ulate 3.3।
पोषण के प्रकार के अनुसार, सभी जीवित जीवों में विभाजित हैं:
अकार्बनिक लोगों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने वाले ऑटोट्रॉफ़्स।
तैयार कार्बनिक पदार्थों पर हेटरोट्रॉफ़ खिला।
मिश्रित पोषण के साथ मिक्सोट्रॉफ़।
प्रकाश संश्लेषण फोटोट्रॉफ़ द्वारा प्रकाश संश्लेषण वर्णक की भागीदारी से प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया है।
इसे एक प्रकाश चरण (पानी और एच + अणु) के रूप में विभाजित किया जाता है, जो अंधेरे चरण के लिए आवश्यक होते हैं, और ऑक्सीजन जारी होता है) और एक अंधेरे चरण (ग्लूकोज बनता है)। प्रकाश संश्लेषण का समग्र समीकरण: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2। यह क्लोरोफिल की उपस्थिति में प्रकाश में आगे बढ़ता है। तो प्रकाश की ऊर्जा में बदल जाती है
रासायनिक बांड की ऊर्जा, और पौधे अपने लिए ग्लूकोज और चीनी बनाते हैं।

प्रकाश संश्लेषण रासायनिक बांड की ऊर्जा में प्रकाश ऊर्जा का रूपांतरण है कार्बनिक यौगिक।

प्रकाश संश्लेषण पौधों की विशेषता है, जिसमें सभी शैवाल, कई प्रोकैरियोट्स शामिल हैं, जिनमें सायनोबैक्टीरिया और कुछ एककोशिकीय यूकेरियोट्स शामिल हैं।

ज्यादातर मामलों में, प्रकाश संश्लेषण उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन (O 2) का उत्पादन करता है। हालांकि, यह हमेशा ऐसा नहीं होता है, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के लिए कई अलग-अलग रास्ते हैं। ऑक्सीजन की रिहाई के मामले में, इसका स्रोत पानी है, जिसमें से प्रकाश संश्लेषण की जरूरतों के लिए हाइड्रोजन परमाणुओं को विभाजित किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण में विभिन्न पिगमेंट, एंजाइम, कोएंजाइम इत्यादि से संबंधित विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाएं होती हैं। मुख्य रंजक क्लोरोफिल होते हैं, उनके अलावा, कैरोटीनॉयड और फाइकोबिलिन होते हैं।

प्रकृति में, पौधे प्रकाश संश्लेषण के दो तरीके हैं: सी 3 और सी 4। अन्य जीवों की प्रतिक्रियाओं की अपनी विशिष्टता है। जो कुछ भी इनको एकजुट करता है विभिन्न प्रक्रियाओं "प्रकाश संश्लेषण" शब्द के तहत - उन सभी में, कुल मिलाकर, फोटॉनों की ऊर्जा एक रासायनिक बंधन में बदल जाती है। तुलना के लिए: रसायन विज्ञान के दौरान, ऊर्जा परिवर्तित होती है रसायनिक बंध कुछ यौगिक (अकार्बनिक) दूसरों के लिए - कार्बनिक।

प्रकाश संश्लेषण के दो चरण हैं - प्रकाश और अंधेरा। पहला प्रकाश विकिरण (एचपीओ) पर निर्भर करता है, जो आगे बढ़ने के लिए प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक है। गहरा चरण प्रकाश-स्वतंत्र है।

पौधों में, प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में होता है। सभी प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, प्राथमिक कार्बनिक पदार्थ बनते हैं, जिसमें से कार्बोहाइड्रेट, अमीनो एसिड, फैटी एसिड आदि को संश्लेषित किया जाता है। आमतौर पर, प्रकाश संश्लेषण की कुल प्रतिक्रिया के संबंध में लिखा जाता है। ग्लूकोज - प्रकाश संश्लेषण का सबसे आम उत्पाद:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

ओ 2 अणु बनाने वाले ऑक्सीजन परमाणुओं को कार्बन डाइऑक्साइड से नहीं, बल्कि पानी से लिया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड एक कार्बन स्रोत हैअधिक महत्वपूर्ण बात। इसके बंधन के लिए धन्यवाद, पौधों को कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने का अवसर मिलता है।

उपरोक्त रासायनिक प्रतिक्रिया सामान्यीकृत और कुल है। यह प्रक्रिया के सार से बहुत दूर है। इस तरह से ग्लूकोज छह अलग कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं से नहीं बनता है। सीओ 2 बाइंडिंग एक समय में एक अणु होता है, जो पहले से पहले से मौजूद पांच-कार्बन चीनी से जुड़ता है।

प्रोकैरियोट्स को प्रकाश संश्लेषण के अपने स्वयं के लक्षणों द्वारा विशेषता है। इसलिए बैक्टीरिया में, मुख्य वर्णक बैक्टीरियोक्लोरोफिल है, और ऑक्सीजन जारी नहीं किया जाता है, क्योंकि हाइड्रोजन को पानी से नहीं लिया जाता है, लेकिन अक्सर हाइड्रोजन सल्फाइड या अन्य पदार्थों से। नीले-हरे शैवाल में, क्लोरोफिल मुख्य वर्णक है, और प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन जारी किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, एटीपी और एनएडीपीएच 2 को उज्ज्वल ऊर्जा के कारण संश्लेषित किया जाता है। हो जाता है क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स पर, जहां वर्णक और एंजाइम विद्युत रासायनिक सर्किट के कामकाज के लिए जटिल परिसर बनाते हैं, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और आंशिक रूप से हाइड्रोजन प्रोटॉन को स्थानांतरित किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनों अंततः कोएंजाइम एनएडीपी पर समाप्त होते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज किया जा रहा है, कुछ प्रोटॉन को खुद को आकर्षित करता है और एनएडीपी · एच 2 में बदल जाता है। इसके अलावा, थाइलाकोइड झिल्ली के एक तरफ प्रोटॉन के संचय और दूसरे पर इलेक्ट्रॉनों में एक विद्युत रासायनिक ढाल होती है, जिनमें से संभावित का उपयोग एंजाइम एटीपी सिंथेटेस द्वारा एटीपी को एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के मुख्य वर्णक विभिन्न क्लोरोफिल हैं। उनके अणु कुछ, कुछ अलग, प्रकाश के स्पेक्ट्रा के उत्सर्जन को पकड़ते हैं। इस मामले में, क्लोरोफिल अणुओं के कुछ इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं। यह एक अस्थिर स्थिति है, और, सिद्धांत रूप में, एक ही विकिरण द्वारा इलेक्ट्रॉनों को बाहर से प्राप्त ऊर्जा को अंतरिक्ष में देना चाहिए और पिछले स्तर पर वापस आना चाहिए। हालांकि, प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में, उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को स्वीकारकर्ताओं द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और, उनकी ऊर्जा में क्रमिक कमी के साथ, वाहक श्रृंखला के साथ स्थानांतरित किया जाता है।

थायलाकोइड झिल्ली पर, प्रकाश के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करने वाले दो प्रकार के फोटो सिस्टम होते हैं। फोटोसिस्टम एक प्रतिक्रिया केंद्र के साथ ज्यादातर क्लोरोफिलिक वर्णक का एक जटिल परिसर है, जिसमें से इलेक्ट्रॉनों को अलग किया जाता है। प्रकाश प्रणाली में, सूरज की रोशनी कई अणुओं को पकड़ती है, लेकिन प्रतिक्रिया केंद्र में सभी ऊर्जा एकत्र की जाती है।

फोटोसिस्टम I के इलेक्ट्रॉन, वाहक श्रृंखला से गुजरते हुए, NADP को कम करते हैं।

प्रकाश प्रणाली II से अलग किए गए इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा का उपयोग एटीपी के संश्लेषण के लिए किया जाता है। और फोटोसिस्टम II के इलेक्ट्रॉन स्वयं फोटोसिस्टम I के इलेक्ट्रॉन छिद्रों को भरते हैं।

दूसरे फोटो सिस्टम के छेद इलेक्ट्रॉनों से भरे हुए हैं, जिसके परिणामस्वरूप पानी का फोटोलिसिस... फोटोलिसिस प्रकाश की भागीदारी के साथ भी होता है और प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और ऑक्सीजन में एच 2 ओ के अपघटन में होता है। यह पानी के फोटोलिसिस के परिणामस्वरूप होता है जो मुक्त ऑक्सीजन बनता है। प्रोटॉन एक विद्युत रासायनिक ढाल बनाने और एनएडीपी को कम करने में शामिल हैं। फोटोसिस्टम II का क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए अनुमानित कुल समीकरण:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → +O 2 + NADP · H 2 + 2ATP

इलेक्ट्रॉनों का चक्रीय परिवहन

उपरोक्त तथाकथित है प्रकाश संश्लेषण का गैर-चक्रीय प्रकाश चरण... क्या कुछ और है? nADP में कमी नहीं होने पर चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन... इस मामले में, फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला में जाते हैं, जहां एटीपी संश्लेषित होता है। यही है, इस इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को II नहीं, बल्कि फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन प्राप्त होते हैं। पहला फोटो सिस्टम, जैसा कि यह था, एक चक्र को कार्यान्वित करता है: उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन उस पर लौट आते हैं। रास्ते में, वे एटीपी को संश्लेषित करने के लिए अपनी ऊर्जा का हिस्सा खर्च करते हैं।

फोटोफॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की तुलना सेलुलर श्वसन के चरण से की जा सकती है - ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन, जो माइटोकॉन्ड्रियल क्राइस्ट पर होता है। वहाँ भी, एटीपी संश्लेषण वाहक श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के हस्तांतरण के कारण होता है। हालांकि, प्रकाश संश्लेषण के मामले में, ऊर्जा एटीपी में सेल की जरूरतों के लिए नहीं, बल्कि मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की जरूरतों के लिए संग्रहीत होती है। और अगर श्वसन के दौरान कार्बनिक पदार्थ ऊर्जा के प्राथमिक स्रोत के रूप में काम करते हैं, तो प्रकाश संश्लेषण के दौरान यह सूरज की रोशनी है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान एटीपी के संश्लेषण को कहा जाता है photophosphorylationबजाय ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण।

प्रकाश संश्लेषण का गहरा चरण

पहली बार प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का अध्ययन केल्विन, बेन्सन, बासेम द्वारा विस्तार से किया गया था। उनके द्वारा खोजी गई प्रतिक्रियाओं के चक्र को बाद में केल्विन चक्र, या सी 3 प्रकाश संश्लेषण कहा गया। पौधों के कुछ समूहों में एक संशोधित C4 प्रकाश संश्लेषक मार्ग है, जिसे हैच-स्लैक चक्र भी कहा जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में, सीओ 2 तय हो गया है। डार्क चरण क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में होता है।

CO 2 की कमी ATP की ऊर्जा और NADP · H 2 की कम होने वाली शक्ति के कारण होती है, जो हल्की प्रतिक्रियाओं में बनती है। उनके बिना, कार्बन निर्धारण नहीं होता है। इसलिए, हालांकि अंधेरे चरण सीधे प्रकाश पर निर्भर नहीं है, यह आमतौर पर प्रकाश में भी होता है।

केल्विन चक्र

अंधेरे चरण की पहली प्रतिक्रिया CO 2 का जोड़ है ( carboxylationइ) से 1,5-रिब्यूलेज़ोबीफॉस्फेट ( ribulose-1,5-diphosphate) – RiBF... उत्तरार्द्ध दोगुना फॉस्फोराइलेटेड रिबोस है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम रिबुलोज-1,5-डिपोस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसे कहा जाता है rubisco.

कार्बोक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, एक अस्थिर छह-कार्बन यौगिक बनता है, जो हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, दो तीन-कार्बन अणुओं में विघटित होता है। फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (FHA) - प्रकाश संश्लेषण का पहला उत्पाद। एफएचए को फॉस्फोग्लाइसेरेट भी कहा जाता है।

आरयूबीपी + सीओ 2 + एच 2 ओ → 2 एफजीके

FHA में तीन कार्बन परमाणु होते हैं, जिनमें से एक अम्लीय कार्बोक्सिल समूह (-COOH) का हिस्सा है:

तीन कार्बन शर्करा (ग्लिसराल्डिहाइड फॉस्फेट) एफएचए से बनता है तीनों फॉस्फेट (TF), जिसमें पहले से ही एक एल्डिहाइड समूह (-CHO) शामिल है:

एफएचए (3-एसिड) → टीएफ (3-चीनी)

इस प्रतिक्रिया के लिए एटीपी की ऊर्जा और एनएडीपी की शक्ति कम करने की आवश्यकता है · एच 2। प्रकाश संश्लेषण में TF पहला कार्बोहाइड्रेट है।

उसके बाद, ट्राइज़ फॉस्फेट का अधिकांश भाग रिब्यूलोज बाइफॉस्फेट (आरयूबीपी) के उत्थान पर खर्च किया जाता है, जिसे फिर से सीओ 2 को बांधने के लिए उपयोग किया जाता है। पुनर्जनन में 3 से 7 कार्बन परमाणुओं के साथ चीनी फॉस्फेट से जुड़ी एटीपी-महंगी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल है।

RuBF का यह चक्र कैल्विन चक्र का सार है।

इसमें गठित टीएफ का एक छोटा हिस्सा केल्विन चक्र को छोड़ देता है। 6 बाध्य कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के संदर्भ में, उपज 2 तिकड़ी फॉस्फेट अणु है। इनपुट और आउटपुट उत्पादों के साथ चक्र की कुल प्रतिक्रिया:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TC 2

इस मामले में, आरयूबीपी के 6 अणु बंधन में भाग लेते हैं और 12 एफएचए अणु बनते हैं, जिन्हें 12 टीएफ में परिवर्तित किया जाता है, जिनमें से 10 अणु चक्र में रहते हैं और आरयूबीपी के 6 अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं। चूंकि टीएफ एक तीन-कार्बन चीनी है, और आरयूबीपी एक पांच-कार्बन चीनी है, तो हमारे पास कार्बन परमाणुओं के संबंध में: 10 * 3 \u003d 6 * 5. चक्र प्रदान करने वाले कार्बन परमाणुओं की संख्या में परिवर्तन नहीं होता है, सभी आवश्यक आरयूबीपी पुनर्जीवित होते हैं। और चक्र में शामिल कार्बन डाइऑक्साइड के छह अणुओं को चक्र छोड़ने वाले तीन फॉस्फेट के दो अणुओं के गठन पर खर्च किया जाता है।

केल्विन चक्र के लिए, प्रति 6 बाध्य सीओ 2 अणु, 18 एटीपी अणु और 12 एनएडीपीएच 2 अणु खर्च किए जाते हैं, जिन्हें प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं में संश्लेषित किया गया था।

गणना चक्र को छोड़ने वाले दो तीन फॉस्फेट अणुओं के लिए की जाती है, क्योंकि बाद में गठित ग्लूकोज अणु में 6 कार्बन परमाणु शामिल हैं।

ट्रायोज़ फॉस्फेट (टीपी) कैल्विन चक्र का अंतिम उत्पाद है, लेकिन इसे प्रकाश संश्लेषण का अंतिम उत्पाद कहा जा सकता है, क्योंकि यह मुश्किल से जमा होता है, लेकिन, अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करते हुए, ग्लूकोज, सूक्रोज, स्टार्च, वसा, फैटी एसिड, अमीनो एसिड में बदल जाता है। टीएफ के अलावा, एफजीके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हालांकि, ऐसी प्रतिक्रिया केवल प्रकाश संश्लेषक जीवों में नहीं होती है। इस अर्थ में, प्रकाश संश्लेषण का काला चरण कैल्विन चक्र के समान है।

छह-कार्बन चीनी एफएएच से स्टेपवाइज एंजाइमेटिक कैटेलिसिस द्वारा बनाई जाती है फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेटजो बदल जाता है शर्करा... पौधों में, ग्लूकोज स्टार्च और सेलूलोज़ में बहुलकीकृत कर सकता है। कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण ग्लाइकोलाइसिस की रिवर्स प्रक्रिया के समान है।

photorespiration

ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण को रोकता है। अधिक ओ 2 इन वातावरणकम कुशल सीओ 2 बाध्यकारी प्रक्रिया है। तथ्य यह है कि एंजाइम राइबुलस बीफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज (रूबिक्सो) न केवल कार्बन डाइऑक्साइड के साथ, बल्कि ऑक्सीजन के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकता है। इस मामले में, अंधेरे प्रतिक्रियाएं कुछ अलग हैं।

फॉस्फोग्लाइकोलेट एक फॉस्फोग्लाइकोलिक एसिड है। फॉस्फेट समूह तुरंत इससे अलग हो जाता है, और यह ग्लाइकोलिक एसिड (ग्लाइकोलेट) में बदल जाता है। इसे फिर से "उपयोग" करने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। इसलिए, वातावरण में जितना अधिक ऑक्सीजन होगा, उतना ही यह फोटोरेसिपरेशन को उत्तेजित करेगा और उतने ही अधिक पौधे को प्रतिक्रिया उत्पादों से छुटकारा पाने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी।

Photorespiration ऑक्सीजन की खपत और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन है, जो प्रकाश पर निर्भर है। यही है, गैसों का आदान-प्रदान सांस लेने के दौरान होता है, लेकिन क्लोरोप्लास्ट में होता है और प्रकाश विकिरण पर निर्भर करता है। प्रकाश-संश्लेषण केवल प्रकाश पर निर्भर करता है क्योंकि राइबुलस बाइफॉस्फेट केवल प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनता है।

फोटोस्पिरेशन के दौरान, कार्बन परमाणुओं को ग्लाइकोलेट से फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (फॉस्फोग्लाइसेरेट) के रूप में केल्विन चक्र में लौटाया जाता है।

2 ग्लाइकोलेट (C 2) → 2 ग्लाइलोसिलेट (C 2) → 2 ग्लाइसिन (C 2) - CO 2 → सेरीन (C 3) → हाइड्रॉक्सीप्रुवेट (C 3) → ग्लिसरेट (C 3) → FHA (C 3)

जैसा कि आप देख सकते हैं, वापसी पूर्ण नहीं है, क्योंकि एक कार्बन परमाणु तब खो जाता है जब दो ग्लाइसिन अणु एक सेरिन एमिनो एसिड अणु में परिवर्तित हो जाते हैं, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है।

ग्लाइकोलेट को ग्लाइकॉलेट और ग्लाइसिन को सेरीन में परिवर्तित करने के चरणों में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

ग्लाइकोलेट का ग्लाइकोलायट में रूपांतरण, और फिर ग्लाइसिन पेरोकिसोम्स में होता है, माइटोकॉन्ड्रिया में सेरीन संश्लेषण। सेरीन फिर से पेरॉक्सिसोम में प्रवेश करता है, जहां यह पहले हाइड्रॉक्सिप्युरवेट और फिर ग्लिसरेट का उत्पादन करता है। ग्लिसरेट पहले से ही क्लोरोप्लास्ट में प्रवेश करता है, जहां एफएचए से इसे संश्लेषित किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के सी 3-टाइप के साथ पौधों के लिए विशिष्ट है। इसे हानिकारक माना जा सकता है, क्योंकि FHA में ग्लाइकोलेट के रूपांतरण में ऊर्जा बर्बाद होती है। इस तथ्य के कारण कि प्राचीन पौधे वायुमंडल में बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन के लिए तैयार नहीं थे, इस वजह से स्पष्ट रूप से फोटोरिसेपशन उत्पन्न हुआ। प्रारंभ में, उनका विकास कार्बन डाइऑक्साइड से समृद्ध वातावरण में हुआ, और यह वह था जिसने मुख्य रूप से रूबिस्को एंजाइम के प्रतिक्रिया केंद्र पर कब्जा कर लिया था।

C 4 -photosynthesis, या हैच-स्लैक चक्र

यदि सी 3-एफोटोसिन्थिसिस पर अंधेरे चरण का पहला उत्पाद फॉस्फोग्लिसरिक एसिड होता है, जिसमें तीन कार्बन परमाणु शामिल होते हैं, तो सी 4-पर पहले उत्पादों में चार कार्बन परमाणु युक्त एसिड होते हैं: मैलिक, ऑक्सासेनेटिक, एसपारटिक।

सी 4-प्रकाश संश्लेषण कई उष्णकटिबंधीय पौधों में मनाया जाता है, उदाहरण के लिए, गन्ना, मकई।

सी 4-प्लांट कार्बन मोनोऑक्साइड को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं, उनके पास लगभग कोई व्यक्त फोटोरिसेपशन नहीं होता है।

पौधों जिसमें प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण सी 4 मार्ग के साथ आगे बढ़ते हैं, एक विशेष पत्ती संरचना होती है। इसमें, संवाहक बंडल कोशिकाओं की दोहरी परत से घिरे होते हैं। आंतरिक परत कंडक्टिंग बीम का आवरण है। बाहरी परत मेसोफिल कोशिकाएं हैं। क्लोरोप्लास्ट सेल परतें एक दूसरे से भिन्न होती हैं।

मेसोफिलिक क्लोरोप्लास्ट बड़े कणिकाओं, फोटो सिस्टम की उच्च गतिविधि और एंजाइम RuBP-carboxylase (रूबिसो) और स्टार्च की अनुपस्थिति की विशेषता है। यही है, इन कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट को प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए मुख्य रूप से अनुकूलित किया जाता है।

कंडक्टिंग बंडल की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में, ग्रैन लगभग अविकसित होते हैं, लेकिन RiBP कार्बोक्सिलेज की एकाग्रता अधिक होती है। ये क्लोरोप्लास्ट प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के लिए अनुकूलित हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड सबसे पहले मेसोफिल कोशिकाओं में प्रवेश करता है, कार्बनिक अम्लों से बांधता है, इस रूप में म्यान कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जारी किया जाता है और फिर उसी तरह से सी 3 पौधों में बांधता है। यही है, सी 4 -पैथ के पूरक सी 3 की जगह।

मेसोफिल में, सीओ 2 फॉस्फोनोलेफ्रुवेट (पीईपी) से जुड़ा होता है ताकि ऑक्सीलोसेटेट (एसिड) बनता है, जिसमें चार कार्बन परमाणु होते हैं:

प्रतिक्रिया एंजाइम PEP-carboxylase की भागीदारी के साथ होती है, जिसमें रूबिसको की तुलना में CO 2 के लिए उच्च संबंध है। इसके अलावा, PEP-carboxylase ऑक्सीजन के साथ बातचीत नहीं करता है, जिसका अर्थ है कि यह फोटोरिसेपेशन पर खर्च नहीं किया जाता है। इस प्रकार, सी 4 फोटोसिंथेसिस का लाभ कार्बन डाइऑक्साइड का एक अधिक कुशल निर्धारण है, म्यान कोशिकाओं में इसकी एकाग्रता में वृद्धि, और, परिणामस्वरूप, RiBP कार्बोक्सिलेज का अधिक कुशल संचालन, जो कि फोटोरेसिपरेशन के लिए लगभग खपत नहीं है।

ऑक्सालोसेटेट को 4-कार्बन डाइकारबॉक्सिलिक एसिड (मालेट या एस्पार्टेट) में परिवर्तित किया जाता है, जिसे प्रवाहकीय बंडलों की शेटिंग कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में ले जाया जाता है। यहाँ एसिड डीकारोक्सिलेटेड (सीओ 2 हटाने), ऑक्सीकृत (हाइड्रोजन हटाने) और पाइरूवेट में परिवर्तित हो जाता है। हाइड्रोजन एनएडीपी को कम करता है। पाइरूवेट मेसोफिल में लौटता है, जहां एटीपी की खपत के साथ पीईपी को पुनर्जीवित किया जाता है।

म्यान कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में अलग सीओ 2 प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के सामान्य सी 3 मार्ग पर जाता है, अर्थात् कैल्विन चक्र तक।

हैच-स्लैक पथ के साथ प्रकाश संश्लेषण को अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

यह माना जाता है कि सी 4 मार्ग सी 3 मार्ग से बाद में विकसित हुआ और कई मायनों में फोटोरेसपिटेशन के खिलाफ एक अनुकूलन है।