प्रकाश संश्लेषण का प्रथम चरण. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया: बच्चों के लिए संक्षिप्त और स्पष्ट रूप से

ग्रह पर प्रत्येक जीवित वस्तु को जीवित रहने के लिए भोजन या ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कुछ जीव अन्य प्राणियों पर भोजन करते हैं, जबकि अन्य अपने पोषक तत्व स्वयं पैदा कर सकते हैं। वे प्रकाश संश्लेषण नामक प्रक्रिया में अपना भोजन, ग्लूकोज स्वयं उत्पन्न करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण और श्वसन आपस में जुड़े हुए हैं। प्रकाश संश्लेषण का परिणाम ग्लूकोज है, जो रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहीत होता है। यह संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा अकार्बनिक कार्बन (कार्बन डाइऑक्साइड) के कार्बनिक कार्बन में रूपांतरण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है। सांस लेने की प्रक्रिया से संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा निकलती है।

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

नोट:वे जीवित वस्तुएँ जो अन्य खाद्य पदार्थों पर निर्भर होती हैं, कहलाती हैं। गाय और पौधे जैसे शाकाहारी जीव जो कीड़े खाते हैं, हेटरोट्रॉफ़ के उदाहरण हैं। वे जीवित वस्तुएँ जो अपना भोजन स्वयं उत्पन्न करती हैं, कहलाती हैं। हरे पौधे और शैवाल स्वपोषी के उदाहरण हैं।

इस लेख में आप इस बारे में और जानेंगे कि पौधों में प्रकाश संश्लेषण कैसे होता है और इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक शर्तें क्या हैं।

प्रकाश संश्लेषण की परिभाषा

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

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

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

मनुष्य और अन्य जीवित प्राणियों की तरह, पौधों को भी जीवित रहने के लिए पोषण की आवश्यकता होती है। पौधों के लिए ग्लूकोज का महत्व इस प्रकार है:

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

प्रकाश संश्लेषण के चरण

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

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

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

प्रकाश संश्लेषण या केल्विन चक्र का अंधकार चरण

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

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

प्रकाश संश्लेषण चरणों का आरेख

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

पौधे की पत्तियों की संरचना

पत्ती की संरचना के बारे में अधिक जाने बिना हम प्रकाश संश्लेषण का पूरी तरह से अध्ययन नहीं कर सकते। पत्ती को प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए अनुकूलित किया गया है।

पत्तियों की बाहरी संरचना

• वर्ग

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

• केंद्रीय शिरा और डंठल

केंद्रीय शिरा और डंठल आपस में जुड़कर पत्ती का आधार बनाते हैं। डंठल पत्ती को इस प्रकार रखता है कि उसे यथासंभव अधिक प्रकाश प्राप्त हो।

• लीफ़ ब्लेड

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

• नसों

पत्तियों में शिराओं का एक नेटवर्क पानी को तने से पत्तियों तक पहुँचाता है। जारी ग्लूकोज को पत्तियों से शिराओं के माध्यम से पौधे के अन्य भागों में भी भेजा जाता है। इसके अतिरिक्त, ये पत्ती वाले हिस्से सूरज की रोशनी को अधिक से अधिक ग्रहण करने के लिए पत्ती के ब्लेड को सहारा देते हैं और सपाट रखते हैं। शिराओं की व्यवस्था (वेनेशन) पौधे के प्रकार पर निर्भर करती है।

• पत्ती का आधार

पत्ती का आधार उसका सबसे निचला भाग होता है, जो तने से जुड़ा होता है। अक्सर, पत्ती के आधार पर स्टीप्यूल्स का एक जोड़ा होता है।

• पत्ती का किनारा

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

• पत्ती की नोक

पत्ती के किनारे की तरह, टिप विभिन्न आकारों में आती है, जिनमें शामिल हैं: तेज, गोलाकार, मोटा, लम्बा, खींचा हुआ, आदि।

पत्तियों की आंतरिक संरचना

नीचे पत्ती के ऊतकों की आंतरिक संरचना का एक करीबी चित्र दिया गया है:

• छल्ली

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

• एपिडर्मिस

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

• पर्णमध्योतक

मेसोफिल पौधे का मुख्य ऊतक है। यहीं पर प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया होती है। अधिकांश पौधों में, मेसोफिल दो परतों में विभाजित होता है: ऊपरी परत खंभों वाली होती है और निचली परत स्पंजी होती है।

• रक्षा पिंजरे

गार्ड कोशिकाएँ पत्तियों की बाह्य त्वचा में विशेष कोशिकाएँ होती हैं जिनका उपयोग गैस विनिमय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। वे रंध्र के लिए एक सुरक्षात्मक कार्य करते हैं। जब पानी आसानी से उपलब्ध होता है तो पेट के छिद्र बड़े हो जाते हैं, अन्यथा सुरक्षात्मक कोशिकाएं सुस्त हो जाती हैं।

• रंध्र

प्रकाश संश्लेषण हवा से रंध्र के माध्यम से मेसोफिल ऊतक में कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) के प्रवेश पर निर्भर करता है। प्रकाश संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित ऑक्सीजन (O2), रंध्र के माध्यम से पौधे को छोड़ देती है। जब रंध्र खुले होते हैं, तो वाष्पीकरण के माध्यम से पानी नष्ट हो जाता है और इसे वाष्पोत्सर्जन धारा के माध्यम से जड़ों द्वारा अवशोषित पानी से प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। पौधों को हवा से अवशोषित CO2 की मात्रा और पेट के छिद्रों के माध्यम से पानी की हानि को संतुलित करने के लिए मजबूर किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक शर्तें

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

• कार्बन डाईऑक्साइड।हवा में पाई जाने वाली रंगहीन, गंधहीन, प्राकृतिक गैस और इसका वैज्ञानिक नाम CO2 है। यह कार्बन और कार्बनिक यौगिकों के दहन के दौरान बनता है, और श्वसन के दौरान भी होता है।
• पानी. एक स्पष्ट, तरल रसायन जो गंधहीन और स्वादहीन होता है (सामान्य परिस्थितियों में)।
• रोशनी।जबकि कृत्रिम प्रकाश भी पौधों के लिए अच्छा है, प्राकृतिक सूर्य का प्रकाश आमतौर पर प्रकाश संश्लेषण के लिए बेहतर स्थिति प्रदान करता है क्योंकि इसमें प्राकृतिक पराबैंगनी प्रकाश होता है, जिसका पौधों पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
• क्लोरोफिल.यह पौधों की पत्तियों में पाया जाने वाला हरा रंगद्रव्य है।
• पोषक तत्व एवं खनिज.रसायन और कार्बनिक यौगिक जो पौधों की जड़ें मिट्टी से अवशोषित करती हैं।

प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप क्या उत्पन्न होता है?

• ग्लूकोज;
• ऑक्सीजन.

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

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

यदि प्रकाश संश्लेषण को बढ़ावा देने वाले कारक अनुपस्थित हैं या अपर्याप्त मात्रा में मौजूद हैं, तो पौधे पर नकारात्मक प्रभाव पड़ सकता है। उदाहरण के लिए, कम रोशनी पौधों की पत्तियों को खाने वाले कीड़ों के लिए अनुकूल परिस्थितियाँ बनाती है, और पानी की कमी इसे धीमा कर देती है।

प्रकाश संश्लेषण कहाँ होता है?

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

पादप कोशिका की संरचना

पादप कोशिका भागों के कार्य

• : संरचनात्मक और यांत्रिक सहायता प्रदान करता है, कोशिकाओं की रक्षा करता है, कोशिका आकार को ठीक करता है और निर्धारित करता है, विकास की दर और दिशा को नियंत्रित करता है और पौधों को आकार देता है।
• : अधिकांश एंजाइम-नियंत्रित रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए एक मंच प्रदान करता है।
• : यह एक अवरोध के रूप में कार्य करता है, जो कोशिका के अंदर और बाहर पदार्थों की गति को नियंत्रित करता है।
• : जैसा कि ऊपर वर्णित है, उनमें क्लोरोफिल होता है, एक हरा पदार्थ जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है।
• : कोशिका कोशिका द्रव्य के भीतर एक गुहा जिसमें पानी जमा होता है।
• : इसमें एक आनुवंशिक चिह्न (डीएनए) होता है जो कोशिका की गतिविधियों को नियंत्रित करता है।

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

प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड

पौधे अपनी पत्तियों के माध्यम से हवा से कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड पत्ती के निचले हिस्से में एक छोटे से छेद - स्टोमेटा - से रिसती है।

पत्ती के निचले हिस्से में कार्बन डाइऑक्साइड को पत्तियों की अन्य कोशिकाओं तक पहुँचने की अनुमति देने के लिए शिथिल दूरी वाली कोशिकाएँ होती हैं। यह प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन को भी आसानी से पत्ती छोड़ने की अनुमति देता है।

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

प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश

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

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

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

प्रकाश संश्लेषण के दौरान जल

पौधे प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी अपनी जड़ों से प्राप्त करते हैं। इनकी जड़ पर बाल होते हैं जो मिट्टी में उगते हैं। जड़ों की विशेषता एक बड़ा सतह क्षेत्र और पतली दीवारें हैं, जिससे पानी आसानी से उनमें से गुजर सकता है।

छवि में पौधों और उनकी कोशिकाओं को पर्याप्त पानी (बाएं) और कमी (दाएं) दिखाया गया है।

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

यदि पौधा पर्याप्त पानी नहीं सोखता तो मुरझा जाता है। पानी के बिना, पौधा जल्दी से प्रकाश संश्लेषण नहीं कर पाएगा और मर भी सकता है।

पौधों के लिए जल का क्या महत्व है?

• घुलित खनिज प्रदान करता है जो पौधों के स्वास्थ्य का समर्थन करता है;
• परिवहन का माध्यम है;
• स्थिरता और ईमानदारी बनाए रखता है;
• नमी से ठंडा और संतृप्त;
• पौधों की कोशिकाओं में विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अंजाम देना संभव बनाता है।

प्रकृति में प्रकाश संश्लेषण का महत्व

प्रकाश संश्लेषण की जैव रासायनिक प्रक्रिया पानी और कार्बन डाइऑक्साइड को ऑक्सीजन और ग्लूकोज में परिवर्तित करने के लिए सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग करती है। ग्लूकोज का उपयोग पौधों में ऊतक वृद्धि के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में किया जाता है। इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण वह विधि है जिसके द्वारा जड़ें, तना, पत्तियाँ, फूल और फल बनते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के बिना, पौधे बढ़ने या प्रजनन करने में सक्षम नहीं होंगे।

• प्रोड्यूसर्स

अपनी प्रकाश संश्लेषक क्षमता के कारण, पौधों को उत्पादक के रूप में जाना जाता है और वे पृथ्वी पर लगभग हर खाद्य श्रृंखला के आधार के रूप में कार्य करते हैं। (शैवाल पौधों के समतुल्य हैं)। हम जो भी भोजन खाते हैं वह उन जीवों से आता है जो प्रकाश संश्लेषक हैं। हम इन पौधों को सीधे खाते हैं या गाय या सूअर जैसे जानवरों को खाते हैं जो पौधों का भोजन खाते हैं।

• खाद्य श्रृंखला का आधार

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

• कार्बन डाइऑक्साइड हटाना

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

• पोषक तत्वो का आवर्तन

पौधे और अन्य प्रकाश संश्लेषक जीव पोषक चक्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हवा में नाइट्रोजन पौधों के ऊतकों में स्थिर हो जाती है और प्रोटीन के निर्माण के लिए उपलब्ध हो जाती है। मिट्टी में पाए जाने वाले सूक्ष्म पोषक तत्व पौधों के ऊतकों में भी शामिल हो सकते हैं और खाद्य श्रृंखला को आगे बढ़ाते हुए शाकाहारी जीवों के लिए उपलब्ध हो सकते हैं।

• प्रकाश संश्लेषक निर्भरता

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश की तीव्रता और गुणवत्ता पर निर्भर करता है। भूमध्य रेखा पर, जहां पूरे वर्ष सूरज की रोशनी प्रचुर मात्रा में रहती है और पानी एक सीमित कारक नहीं है, पौधों की विकास दर उच्च होती है और वे काफी बड़े हो सकते हैं। इसके विपरीत, समुद्र के गहरे हिस्सों में प्रकाश संश्लेषण कम बार होता है क्योंकि प्रकाश इन परतों में प्रवेश नहीं करता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक बंजर पारिस्थितिकी तंत्र बनता है।

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

पौधा कैसे भोजन करता है?

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

मिट्टी के एक गमले में एक पेड़ लगाया गया। साथ ही पृथ्वी और पेड़ दोनों का द्रव्यमान मापा गया। जब कुछ साल बाद दोनों को फिर से तौला गया तो पता चला कि पृथ्वी का द्रव्यमान केवल कुछ ग्राम कम हो गया था, और पौधे का द्रव्यमान कई किलोग्राम बढ़ गया था।

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

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

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ऊर्जा

जीवन के लिए ऊर्जा प्राप्त करने के लिए पशु और मनुष्य पौधे खाते हैं। यह ऊर्जा कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों में निहित होती है। वह कहां से है?

यह ज्ञात है कि कोई भी पौधा प्रकाश के बिना सामान्य रूप से विकसित नहीं हो सकता है। प्रकाश वह ऊर्जा है जिससे एक पौधा अपने शरीर के कार्बनिक पदार्थों 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 धारण करती है।

प्रकाश संश्लेषण कहाँ होता है?

प्रकाश संश्लेषण केवल पौधों के हरे भागों में, या अधिक सटीक रूप से, पौधों की कोशिकाओं के विशेष अंगों - क्लोरोप्लास्ट में होता है।

चावल। 1. सूक्ष्मदर्शी के नीचे क्लोरोप्लास्ट।

क्लोरोप्लास्ट एक प्रकार का प्लास्टिड है। वे सदैव हरे रहते हैं, क्योंकि उनमें एक हरा पदार्थ - क्लोरोफिल होता है।

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

चावल। 2. क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक संरचना।

क्लोरोप्लास्ट एक कारखाने की तरह हैं जो कच्चा माल प्राप्त करता है:

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

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

सबसे पहले, कार्बोहाइड्रेट (ग्लूकोज) का उत्पादन होता है, लेकिन बाद में वे विभिन्न गंध और स्वाद के कई पदार्थ बनाते हैं जो जानवरों और लोगों को बहुत पसंद होते हैं।

क्लोरोप्लास्ट से, परिणामी पदार्थ पौधे के विभिन्न अंगों तक पहुंचाए जाते हैं, जहां उन्हें संग्रहीत 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 से संबंधित हैं ("मैं खुद को खिलाता हूं" के रूप में अनुवादित) - 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 जिनसे पौधे का शरीर निर्मित होता है।

ऑक्सीजन का निकलना इस प्रक्रिया का एक दुष्प्रभाव है।

प्रकाश संश्लेषण का अर्थ

प्रकृति में प्रकाश संश्लेषण की भूमिका बहुत बड़ी है। उनके लिए धन्यवाद, ग्रह की पूरी वनस्पति दुनिया बनाई गई थी।

चावल। 3. प्रकाश संश्लेषण।

प्रकाश संश्लेषण के लिए धन्यवाद, पौधे:

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

वायुमंडल में पर्याप्त ऑक्सीजन के संचय से पृथ्वी पर जीवन संभव हो सका। न तो मनुष्य और न ही जानवर उस दूर के समय में रह सकते थे जब वह वहां नहीं था, या वह बहुत कम था।

कौन सा विज्ञान प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का अध्ययन करता है?

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

वनस्पति विज्ञान पौधों का विज्ञान है और इसलिए इसे पौधों की एक महत्वपूर्ण जीवन प्रक्रिया के रूप में अध्ययन किया जाता है।

पादप शरीर क्रिया विज्ञान प्रकाश संश्लेषण का सबसे अधिक विस्तार से अध्ययन करता है। शारीरिक वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया है कि यह प्रक्रिया जटिल है और इसके चरण हैं:

• रोशनी;
• अँधेरा

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

हमने क्या सीखा?

ग्रेड 5 जीव विज्ञान में इस विषय का अध्ययन करने के बाद, आप पौधों में अकार्बनिक पदार्थों (CO₂ और H₂O) से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया के रूप में प्रकाश संश्लेषण को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझा सकते हैं। इसकी विशेषताएं: यह हरे प्लास्टिड्स (क्लोरोप्लास्ट) में होता है, ऑक्सीजन की रिहाई के साथ होता है, और प्रकाश के प्रभाव में होता है।

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प्रकाश संश्लेषण जैसी जटिल प्रक्रिया को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से कैसे समझाया जाए? पौधे ही एकमात्र जीवित जीव हैं जो अपना भोजन स्वयं उत्पन्न कर सकते हैं। वे यह कैसे करते हैं? विकास के लिए, वे पर्यावरण से सभी आवश्यक पदार्थ प्राप्त करते हैं: हवा से कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और मिट्टी से। उन्हें ऊर्जा की भी आवश्यकता होती है, जो उन्हें सूर्य की किरणों से मिलती है। यह ऊर्जा कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करती है जिसके दौरान कार्बन डाइऑक्साइड और पानी ग्लूकोज (भोजन) में परिवर्तित हो जाते हैं और प्रकाश संश्लेषण होता है। प्रक्रिया का सार स्कूली उम्र के बच्चों को भी संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझाया जा सकता है।

"एक साथ प्रकाश के साथ"

शब्द "प्रकाश संश्लेषण" दो ग्रीक शब्दों से आया है - "फोटो" और "संश्लेषण", जिसके संयोजन का अर्थ है "प्रकाश के साथ।" सौर ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण का रासायनिक समीकरण:

6CO 2 + 12H 2 O + प्रकाश = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

इसका मतलब है कि ग्लूकोज का उत्पादन करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के 6 अणुओं और पानी के बारह अणुओं का उपयोग किया जाता है (सूरज की रोशनी के साथ), जिसके परिणामस्वरूप ऑक्सीजन के छह अणु और पानी के छह अणु होते हैं। यदि आप इसे मौखिक समीकरण के रूप में प्रस्तुत करते हैं, तो आपको निम्नलिखित मिलता है:

जल + सूर्य => ग्लूकोज + ऑक्सीजन + जल।

सूर्य ऊर्जा का बहुत शक्तिशाली स्रोत है। लोग हमेशा इसका उपयोग बिजली पैदा करने, घरों को गर्म करने, पानी गर्म करने आदि के लिए करने की कोशिश करते हैं। पौधों ने लाखों वर्ष पहले सौर ऊर्जा का उपयोग करना सीख लिया था क्योंकि यह उनके अस्तित्व के लिए आवश्यक था। प्रकाश संश्लेषण को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से इस प्रकार समझाया जा सकता है: पौधे सूर्य की प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करते हैं और इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जिसका परिणाम चीनी (ग्लूकोज) होता है, जिसकी अधिकता पत्तियों, जड़ों, तनों में स्टार्च के रूप में जमा हो जाती है। और पौधे के बीज. सूर्य की ऊर्जा पौधों के साथ-साथ उन जानवरों को भी स्थानांतरित होती है जो इन पौधों को खाते हैं। जब किसी पौधे को विकास और अन्य जीवन प्रक्रियाओं के लिए पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है, तो ये भंडार बहुत उपयोगी होते हैं।

पौधे सूर्य से ऊर्जा कैसे अवशोषित करते हैं?

प्रकाश संश्लेषण के बारे में संक्षेप में और स्पष्ट रूप से बात करते हुए, यह सवाल उठाने लायक है कि पौधे सौर ऊर्जा को अवशोषित करने का प्रबंधन कैसे करते हैं। यह पत्तियों की विशेष संरचना के कारण होता है, जिसमें हरी कोशिकाएं - क्लोरोप्लास्ट शामिल हैं, जिनमें क्लोरोफिल नामक एक विशेष पदार्थ होता है। यह वही है जो पत्तियों को हरा रंग देता है और सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार है।

अधिकांश पत्तियाँ चौड़ी और चपटी क्यों होती हैं?

प्रकाश संश्लेषण पौधों की पत्तियों में होता है। आश्चर्यजनक तथ्य यह है कि पौधे सूर्य के प्रकाश को ग्रहण करने और कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने के लिए बहुत अच्छी तरह से अनुकूलित होते हैं। चौड़ी सतह के कारण, बहुत अधिक प्रकाश कैप्चर किया जाएगा। यही कारण है कि सौर पैनल, जो कभी-कभी घरों की छतों पर लगाए जाते हैं, चौड़े और सपाट भी होते हैं। सतह जितनी बड़ी होगी, अवशोषण उतना ही बेहतर होगा।

पौधों के लिए और क्या महत्वपूर्ण है?

इंसानों की तरह, पौधों को भी स्वस्थ रहने, बढ़ने और अपने महत्वपूर्ण कार्यों को अच्छी तरह से करने के लिए लाभकारी पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है। वे अपनी जड़ों के माध्यम से मिट्टी से पानी में घुले खनिज प्राप्त करते हैं। यदि मिट्टी में खनिज पोषक तत्वों की कमी है, तो पौधा सामान्य रूप से विकसित नहीं होगा। किसान अक्सर यह सुनिश्चित करने के लिए मिट्टी का परीक्षण करते हैं कि इसमें फसल उगाने के लिए पर्याप्त पोषक तत्व हैं। अन्यथा, पौधों के पोषण और विकास के लिए आवश्यक खनिज युक्त उर्वरकों का उपयोग करें।

प्रकाश संश्लेषण इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

बच्चों के लिए प्रकाश संश्लेषण को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझाने के लिए यह बताना आवश्यक है कि यह प्रक्रिया दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाओं में से एक है। इतने ज़ोरदार बयान के क्या कारण हैं? सबसे पहले, प्रकाश संश्लेषण पौधों को पोषण देता है, जो बदले में जानवरों और मनुष्यों सहित ग्रह पर सभी अन्य जीवित चीजों को पोषण देता है। दूसरे, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, श्वसन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन वायुमंडल में छोड़ी जाती है। सभी जीवित वस्तुएँ ऑक्सीजन ग्रहण करती हैं और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ती हैं। सौभाग्य से, पौधे इसके विपरीत करते हैं, इसलिए वे मनुष्यों और जानवरों के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे उन्हें सांस लेने की क्षमता देते हैं।

अद्भुत प्रक्रिया

यह पता चला है कि पौधे भी साँस लेना जानते हैं, लेकिन, लोगों और जानवरों के विपरीत, वे हवा से कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषित करते हैं, ऑक्सीजन नहीं। पौधे भी पीते हैं. इसलिए आपको उन्हें पानी देने की ज़रूरत है, अन्यथा वे मर जाएंगे। जड़ प्रणाली की मदद से, पानी और पोषक तत्वों को पौधे के शरीर के सभी हिस्सों तक पहुंचाया जाता है, और कार्बन डाइऑक्साइड को पत्तियों पर छोटे छिद्रों के माध्यम से अवशोषित किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू करने का ट्रिगर सूर्य का प्रकाश है। प्राप्त सभी चयापचय उत्पादों का उपयोग पौधों द्वारा पोषण के लिए किया जाता है, और ऑक्सीजन को वायुमंडल में छोड़ा जाता है। इस प्रकार आप संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझा सकते हैं कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कैसे होती है।

प्रकाश संश्लेषण: प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरण

विचाराधीन प्रक्रिया में दो मुख्य भाग होते हैं। प्रकाश संश्लेषण के दो चरण हैं (विवरण और तालिका नीचे दी गई है)। पहले को प्रकाश चरण कहा जाता है। यह केवल क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन और एंजाइम एटीपी सिंथेटेज़ की भागीदारी के साथ थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश की उपस्थिति में होता है। प्रकाश संश्लेषण और क्या छिपाता है? दिन और रात की प्रगति (केल्विन चक्र) के अनुसार एक दूसरे को प्रकाश दें और बदलें। अंधेरे चरण के दौरान, उसी ग्लूकोज का उत्पादन होता है, जो पौधों के लिए भोजन है। इस प्रक्रिया को प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रिया भी कहा जाता है।

निष्कर्ष

उपरोक्त सभी से, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

• प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जो सूर्य से ऊर्जा उत्पन्न करती है।
• सूर्य से प्राप्त प्रकाश ऊर्जा को क्लोरोफिल द्वारा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।
• क्लोरोफिल पौधों को हरा रंग देता है।
• प्रकाश संश्लेषण पौधों की पत्तियों की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में होता है।
• प्रकाश संश्लेषण के लिए कार्बन डाइऑक्साइड और पानी आवश्यक हैं।
• कार्बन डाइऑक्साइड छोटे छिद्रों, रंध्रों के माध्यम से पौधे में प्रवेश करती है और ऑक्सीजन उनके माध्यम से बाहर निकलती है।
• पानी पौधे में उसकी जड़ों के माध्यम से अवशोषित होता है।
• प्रकाश संश्लेषण के बिना दुनिया में कोई भोजन नहीं होता।

प्रकाश संश्लेषण है

प्रकाश संश्लेषण है कार्बोहाइड्रेट.

सामान्य विशेषताएँ

मैं प्रकाश चरण

1. फोटोफिजिकल चरण

2. फोटोकैमिकल चरण

द्वितीय अंधकार चरण

3.

अर्थ

4. ओजोन स्क्रीन।

प्रकाश संश्लेषक पौधों के रंगद्रव्य, उनकी शारीरिक भूमिका।

· क्लोरोफिल - यह हरा रंगद्रव्य जो पौधे का हरा रंग निर्धारित करता है, उसकी 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 करीब होते हैं।

क्लोरोफिल के पाइरोल समूहों में बारी-बारी से दोहरे और एकल बंधन की प्रणालियाँ होती हैं। यह क्लोरोफिल का क्रोमोफोर समूह है, जो सौर स्पेक्ट्रम की कुछ किरणों के अवशोषण और उसके रंग को निर्धारित करता है। डी पोर्फिरी कोर 10 एनएम हैं और फाइटोल अवशेषों की लंबाई 2 एनएम है।

क्लोरोफिल 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 इसके विशिष्ट स्थान को निर्धारित करती है।

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

एक जीवित अक्षुण्ण कोशिका के क्लोरोफिल में विपरीत रूप से फोटोऑक्सीडाइज़ और फोटोरिड्यूस करने की क्षमता होती है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की क्षमता क्लोरोफिल अणु में मोबाइल पी-इलेक्ट्रॉनों और एन परमाणुओं के साथ अपरिभाषित इलेक्ट्रॉनों के साथ संयुग्मित दोहरे बंधनों की उपस्थिति से जुड़ी है।

शारीरिक भूमिका

1) चयनात्मक रूप से प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करें,

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

3) फोटोकैमिकल रूप से उत्तेजित अवस्था की ऊर्जा को प्राथमिक फोटो-कम और फोटो-ऑक्सीडाइज्ड यौगिकों की रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

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

कैरोटीनॉयड में यौगिकों के 3 समूह शामिल हैं:

नारंगी या लाल कैरोटीन;

पीला ज़ैंथोफिल्स;

कैरोटीनॉयड एसिड.

शारीरिक भूमिका

1) अतिरिक्त रंगद्रव्य के रूप में प्रकाश अवशोषण;

2) अपरिवर्तनीय फोटो-ऑक्सीकरण से क्लोरोफिल अणुओं की सुरक्षा;

3) सक्रिय रेडिकल्स का शमन;

4) फोटोट्रोपिज्म में भाग लें, क्योंकि प्ररोह वृद्धि की दिशा में योगदान करें।

· फ़ाइकोबिलिन्स - यह सायनोबैक्टीरिया और कुछ शैवाल में लाल और नीले रंग पाए जाते हैं। फ़ाइकोबिलिन में लगातार 4 पायरोल रिंग होते हैं। फ़ाइकोबिलिन ग्लोब्युलिन प्रोटीन के क्रोमोफ़ोरिक समूह हैं जिन्हें फ़ाइकोबिलिन प्रोटीन कहा जाता है। वे इसमें विभाजित हैं:

- फ़ाइकोएरिथ्रिन्स -लाल सफ़ेद;

- फाइकोसाइनिन -नीली गिलहरी;

- एलोफाइकोसाइनिन -नीली गिलहरियाँ.

इन सभी में फ्लोरोसेंट क्षमता है। फ़ाइकोबिलिन का प्रकाश स्पेक्ट्रम के नारंगी, पीले और हरे भागों में अधिकतम अवशोषण होता है और शैवाल को पानी में प्रवेश करने वाले प्रकाश का पूरी तरह से 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 करती हैं।

फ़ाइकोबिलिन अतिरिक्त रंगद्रव्य हैं; फ़ाइकोबिलिन द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा का लगभग 90% क्लोरोफिल में स्थानांतरित हो जाता है।

शारीरिक भूमिका

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

2) फ़ाइकोबिलिन शैवाल में प्रकाश-संचयन परिसर का कार्य करते हैं।

3) पौधों में फाइकोबिलिन-फाइटोक्रोम होता है; यह प्रकाश संश्लेषण में शामिल नहीं होता है, लेकिन एक लाल प्रकाश 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 से दूसरी प्रणाली (जीवित से निर्जीव) में ऊर्जा का संक्रमण और रूपांतरण करता है।

फोटोकैमिकल चरण

प्रकाश-संश्लेषण की प्रकाश-रासायनिक प्रतिक्रियाएँ- ये ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जिनमें प्रकाश ऊर्जा रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, मुख्य रूप से फॉस्फोरस बंधों की ऊर्जा में एटीपी. यह एटीपी है जो एक ही समय में सभी प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को सुनिश्चित करता है, प्रकाश के प्रभाव में, पानी विघटित होता है और एक कम उत्पाद बनता है। एनएडीपीऔर बाहर खड़ा है O2.

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

मुख्य एंटीना घटक

· दो फोटो फिक्सिंग सिस्टम.

एंटीना क्लोरोफिल कॉम्प्लेक्स क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड झिल्ली की मोटाई में डूबा हुआ है और एंटीना वर्णक अणुओं का संयोजन और प्रतिक्रिया केंद्र प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में फोटोसिस्टम का गठन करता है 2 फोटोसिस्टम भाग लेते हैं:

· यह स्थापित हो चुका है कि फोटोसिस्टम 1शामिल प्रकाश-केंद्रित वर्णक और प्रतिक्रिया केंद्र 1,

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

क्लोरोफिल ट्रैप फोटोसिस्टम 1लंबी तरंग दैर्ध्य से प्रकाश को अवशोषित करता है 700एनएम. क्षण मेंप्रणाली 680एनएम. इन दोनों प्रकाश प्रणालियों द्वारा प्रकाश को अलग-अलग अवशोषित किया जाता है, और सामान्य प्रकाश संश्लेषण के लिए उनकी एक साथ भागीदारी की आवश्यकता होती है। वाहकों की श्रृंखला के साथ स्थानांतरण में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जिसमें या तो हाइड्रोजन परमाणु या इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन प्रवाह दो प्रकार के होते हैं:

· चक्रीय

· गैर चक्रीय.

इलेक्ट्रॉनों के चक्रीय प्रवाह के साथक्लोरोफिल अणु से क्लोरोफिल अणु से स्वीकर्ता में स्थानांतरित हो जाते हैं और वापस लौट आते हैं , गैर-चक्रीय प्रवाह के साथ पानी का फोटो-ऑक्सीकरण होता है और पानी से एनएडीपी में इलेक्ट्रॉन का स्थानांतरण होता है रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का आंशिक रूप से एटीपी के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।

फोटोसिस्टम I

प्रकाश संचयन कॉम्प्लेक्स I में लगभग 200 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

पहले फोटोसिस्टम के प्रतिक्रिया केंद्र में क्लोरोफिल ए का एक डिमर होता है जिसका अधिकतम अवशोषण 700 एनएम (पी700) होता है। प्रकाश क्वांटम द्वारा उत्तेजना के बाद, यह प्राथमिक स्वीकर्ता - क्लोरोफिल ए को पुनर्स्थापित करता है, जो द्वितीयक स्वीकर्ता (विटामिन के 1 या फ़ाइलोक्विनोन) को पुनर्स्थापित करता है, जिसके बाद इलेक्ट्रॉन को फेर्रेडॉक्सिन में स्थानांतरित किया जाता है, जो एंजाइम फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी रिडक्टेस का उपयोग करके एनएडीपी को कम करता है।

प्लास्टोसायनिन प्रोटीन, बी 6 एफ कॉम्प्लेक्स में कम हो जाता है, इंट्राथिलाकॉइड स्पेस से पहले फोटोसिस्टम के प्रतिक्रिया केंद्र में ले जाया जाता है और एक इलेक्ट्रॉन को ऑक्सीकृत पी 700 में स्थानांतरित करता है।

फोटोसिस्टम II

एक फोटोसिस्टम एसएससी, एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया केंद्र और इलेक्ट्रॉन वाहक का एक सेट है। प्रकाश संचयन कॉम्प्लेक्स II में क्लोरोफिल ए के 200 अणु, क्लोरोफिल बी के 100 अणु, कैरोटीनॉयड के 50 अणु और फियोफाइटिन के 2 अणु होते हैं। फोटोसिस्टम II का प्रतिक्रिया केंद्र एक वर्णक-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो थायलाकोइड झिल्ली में स्थित है और एसएससी से घिरा हुआ है। इसमें क्लोरोफिल का डिमर होता है जिसका अवशोषण अधिकतम 680 एनएम (पी 680) होता है। एसएससी से एक प्रकाश क्वांटम की ऊर्जा अंततः उसमें स्थानांतरित हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों में से एक उच्च ऊर्जा अवस्था में चला जाता है, नाभिक के साथ इसका संबंध कमजोर हो जाता है और उत्तेजित P680 अणु एक मजबूत कम करने वाला एजेंट बन जाता है (E0) = -0.7 वी).

पी680 फियोफाइटिन को कम करता है, फिर इलेक्ट्रॉन को क्विनोन में स्थानांतरित किया जाता है जो पीएस II का हिस्सा हैं और फिर प्लास्टोक्विनोन में, 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 की पूर्ति पानी के कारण होती है। पीएस II में सक्रिय केंद्र में 4 मैंगनीज आयन युक्त एक जल-ऑक्सीकरण परिसर शामिल है। एक ऑक्सीजन अणु बनाने के लिए, पानी के दो अणुओं की आवश्यकता होती है, जो 4 इलेक्ट्रॉन देते हैं। इसलिए, प्रक्रिया 4 चक्रों में पूरी की जाती है और इसके पूर्ण कार्यान्वयन के लिए 4 क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है। कॉम्प्लेक्स इंट्राथिलाकॉइड स्पेस के किनारे स्थित है और परिणामी 4 प्रोटॉन इसमें छोड़े जाते हैं।

इस प्रकार, पीएस II के काम का कुल परिणाम 4 प्रकाश क्वांटा की मदद से 2 पानी के अणुओं का ऑक्सीकरण है, जिसमें इंट्राथिलाकोइड स्पेस में 4 प्रोटॉन और झिल्ली में 2 कम प्लास्टोक्विनोन का निर्माण होता है।

प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण. इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता के एक ट्रांसमेम्ब्रेन ग्रेडिएंट के गठन के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन के युग्मन का तंत्र। एटीपी सिंथेटेज़ कॉम्प्लेक्स के संचालन का संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन और तंत्र।

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

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

चक्रीय प्रवाह श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण दो उच्च-ऊर्जा एटीपी बांड 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. के साथ. कार्बन चक्र के लिए कोई अपचायक समकक्ष नहीं बनता है और कोई O2 जारी नहीं होता है। चक्रीय एफ. समीकरण द्वारा वर्णित:

गैर-चक्रीय एफ. फोटोसिस्टम I और II NADP + के ट्रांसपोर्टरों के माध्यम से पानी से इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से जुड़ा हुआ है। इस प्रक्रिया में प्रकाश ऊर्जा एटीपी, एनएडीपीएच2 के कम रूप और आणविक ऑक्सीजन के उच्च-ऊर्जा बांड में संग्रहीत होती है। एक गैर-चक्रीय कार्यात्मक फ़ंक्शन का सामान्य समीकरण। अगले:

इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता के एक ट्रांसमेम्ब्रेन ग्रेडिएंट के गठन के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन के युग्मन का तंत्र

रसायन विज्ञान सिद्धांत.इलेक्ट्रॉन वाहक झिल्लियों में असममित रूप से स्थानीयकृत होते हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन वाहक (साइटोक्रोम) 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 व्युत्पन्न है, पूरी तरह से ऑक्सीकृत अवस्था में इसमें दो ऑक्सीजन परमाणु दोहरे बंधन द्वारा कार्बन रिंग 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 बनाते हैं: पीएक्स -2 + 2एच + -> पीसीएन 2। प्रोटॉन को थायलाकोइड के भीतर अंतरिक्ष में छोड़ा जाता है। 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 इंट्राथिलाकॉइड स्पेस में प्रोटॉन के सक्रिय स्थानांतरण के परिणामस्वरूप, झिल्ली पर हाइड्रोजन (ΔμH +) की एक विद्युत रासायनिक क्षमता बनती है, जिसमें दो घटक होते हैं: रासायनिक ΔμH (एकाग्रता), जो एच के असमान वितरण के परिणामस्वरूप होता है। + झिल्ली के विभिन्न पक्षों पर आयन, और विद्युत, झिल्ली के विभिन्न पक्षों पर विपरीत चार्ज के कारण (झिल्ली के अंदर प्रोटॉन के संचय के कारण)।

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एटीपी सिंथेटेज़ कॉम्प्लेक्स के संचालन का संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन और तंत्र

संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन.झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन प्रसार का संयुग्मन एक मैक्रोमोलेक्यूलर एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा किया जाता है जिसे कहा जाता है एटीपी सिंथेज़ या युग्मन कारक. यह परिसर एक मशरूम के आकार का होता है और इसमें दो भाग होते हैं - युग्मन कारक: एक गोल टोपी एफ 1, झिल्ली के बाहर से उभरी हुई (एंजाइम का उत्प्रेरक केंद्र इसमें स्थित है), और झिल्ली में डूबा हुआ एक पैर। झिल्ली भाग में पॉलीपेप्टाइड सबयूनिट होते हैं और झिल्ली में एक प्रोटॉन चैनल बनाते हैं जिसके माध्यम से हाइड्रोजन आयन संयुग्मन कारक F1 में प्रवेश करते हैं। एफ 1 प्रोटीन एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जिसमें एक झिल्ली होती है, जबकि यह एटीपी के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करने की क्षमता बरकरार रखती 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 संश्लेषण के दौरान एटीपी सिंथेज़ का कार्य इसके माध्यम से प्रोटॉन के स्थानांतरण से जुड़ा होता है। प्रोटॉन का निर्देशित परिवहन केवल तभी संभव है जब एटीपी सिंथेज़ झिल्ली में अंतर्निहित हो।

संचालन का तंत्र.फॉस्फोराइलेशन के तंत्र (प्रत्यक्ष तंत्र और अप्रत्यक्ष) के संबंध में दो परिकल्पनाएँ हैं। पहली परिकल्पना के अनुसार, फॉस्फेट समूह और एडीपी एफ1 कॉम्प्लेक्स के सक्रिय स्थल पर एंजाइम से जुड़ते हैं। दो प्रोटॉन सांद्रण प्रवणता के साथ चैनल के माध्यम से चलते हैं और फॉस्फेट ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। दूसरी परिकल्पना (अप्रत्यक्ष तंत्र) के अनुसार, एडीपी और अकार्बनिक फास्फोरस एंजाइम की सक्रिय साइट में स्वचालित रूप से संयोजित होते हैं। हालाँकि, परिणामी एटीपी एंजाइम से कसकर बंधा होता है, और इसे जारी करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऊर्जा प्रोटॉन द्वारा वितरित की जाती है, जो एंजाइम से जुड़ते हैं, इसकी संरचना बदलते हैं, जिसके बाद एटीपी जारी होता है।

C4 प्रकाश संश्लेषण मार्ग

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

ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिक एम. हैच और के. स्लैक ने सी 4 प्रकाश संश्लेषक मार्ग का वर्णन किया, जो 16 परिवारों (गन्ना, मक्का, आदि) के मोनोकोटाइलडॉन और डाइकोटाइलडॉन के उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकटिबंधीय पौधों की विशेषता है। अधिकांश 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 में सामान्य क्लोरोप्लास्ट और बड़े क्लोरोप्लास्ट जिनमें संवहनी बंडलों के आसपास की आवरण कोशिकाओं में ग्रैना और फोटोसिस्टम II नहीं होता है।

मेसोफिल कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में, फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरुवेट कार्बोक्सिलेज़, फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरुविक एसिड में CO2 जोड़ता है, जिससे ऑक्सालोएसेटिक एसिड बनता है। इसे क्लोरोप्लास्ट में ले जाया जाता है, जहां यह NADPH (NADP+-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम) की भागीदारी के साथ मैलिक एसिड में बदल जाता है। अमोनियम आयनों की उपस्थिति में, ऑक्सालोएसिटिक एसिड एस्पार्टिक एसिड (एंजाइम एस्पार्टेट एमिनोट्रांस्फरेज़) में परिवर्तित हो जाता है। मैलिक और (या) एसपारटिक एसिड शीथ कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में चले जाते हैं और पाइरुविक एसिड और सीओ 2 में डीकार्बोक्सिलेटेड हो जाते हैं। सीओ 2 को केल्विन चक्र में शामिल किया गया है, और पाइरुविक एसिड को मेसोफिल कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है, जहां यह फॉस्फोएनोलपाइरुविक एसिड में परिवर्तित हो जाता है।

इस पर निर्भर करते हुए कि कौन सा एसिड - मैलेट या एस्पार्टेट - म्यान कोशिकाओं में ले जाया जाता है, पौधों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: मैलेट और एस्पार्टेट। शीथ कोशिकाओं में, ये C4 एसिड डीकार्बोक्सिलेट होते हैं, जो विभिन्न पौधों में विभिन्न एंजाइमों की भागीदारी के साथ होता है: NADP+-निर्भर डीकार्बोक्सिलेटिंग मैलेट डिहाइड्रोजनेज (NADP+-MDH), NAD+-निर्भर डीकार्बोक्सिलेटिंग मैलेट डिहाइड्रोजनेज (मैलिक एंजाइम, NAD+-MDH) और पीईपी-कार्बोक्सिकिनेज (पीईपी-सीके)। इसलिए, पौधों को तीन और उपप्रकारों में विभाजित किया गया है: एनएडीपी + -एमडीजी पौधे, एनएडी + -एमडीजी पौधे, एफईपी-केके पौधे।

जब उच्च तापमान के कारण रंध्र बंद हो जाते हैं तो यह तंत्र पौधों को प्रकाश संश्लेषण करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, केल्विन चक्र के उत्पाद संवहनी बंडलों के आसपास की म्यान कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में बनते हैं। यह फोटोएस्मिलेट्स के तेजी से बहिर्वाह को बढ़ावा देता है और जिससे प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता बढ़ जाती है।

क्रसुलेसी (रसीले) के प्रकार के अनुसार प्रकाश संश्लेषण का तरीका है।

शुष्क स्थानों में रसीले पौधे होते हैं जिनके रंध्र वाष्पोत्सर्जन को कम करने के लिए 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 क्रसुलेसी परिवार के पौधे) क्रसुलासी) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रियाएँ अन्य C4 पौधों की तरह अंतरिक्ष में नहीं, बल्कि समय में विभाजित होती हैं। इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को सीएएम (क्रासुलेशन एसिड मेटाबोलिज्म) मार्ग कहा जाता है। रंध्र आमतौर पर दिन के दौरान बंद रहते हैं, जिससे वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से पानी की हानि नहीं होती है और रात में खुले रहते हैं। अंधेरे में, CO2 पत्तियों में प्रवेश करती है, जहां फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरुवेट कार्बोक्सिलेज़ इसे फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरुविक एसिड में जोड़ता है, जिससे ऑक्सालोएसिटिक एसिड बनता है। यह एनएडीपीएच-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा मैलिक एसिड में कम हो जाता है, जो रिक्तिका में जमा हो जाता है। दिन के दौरान, मैलिक एसिड रिक्तिका से साइटोप्लाज्म में गुजरता है, जहां यह सीओ 2 और पाइरुविक एसिड बनाने के लिए डीकार्बोक्सिलेटेड होता है। CO2 क्लोरोप्लास्ट में फैल जाती है और केल्विन चक्र में प्रवेश करती है।

तो, प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण को समय में विभाजित किया जाता है: सीओ 2 रात में अवशोषित होता है, और दिन के दौरान बहाल होता है, मैलेट पीएएल से बनता है, ऊतकों में कार्बोक्सिलेशन दो बार होता है: पीईपी रात में कार्बोक्सिलेटेड होता है, आरयूबीपी दिन के दौरान कार्बोक्सिलेटेड होता है .

सीएएम पौधों को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: एनएडीपी-एमडीजी पौधे, पीईपी-केके पौधे।

C4 की तरह, CAM प्रकार अतिरिक्त है, जो ऊंचे तापमान या नमी की कमी की स्थिति में रहने के लिए अनुकूलित पौधों में C3 चक्र में CO2 की आपूर्ति करता है। कुछ पौधों में यह चक्र सदैव कार्य करता है, अन्य में यह केवल प्रतिकूल परिस्थितियों में ही कार्य करता है।

फोटोरेस्पिरेशन।

फोटोरेस्पिरेशन सीओ 2 की रिहाई और ओ 2 के अवशोषण की एक प्रकाश-सक्रिय प्रक्रिया है। (प्रकाश संश्लेषण या श्वसन से संबंधित नहीं)। चूँकि फोटोरेस्पिरेशन का प्राथमिक उत्पाद ग्लाइकोलिक एसिड है, इसलिए इसे ग्लाइकोलेट मार्ग भी कहा जाता है। हवा में कम CO2 सामग्री और उच्च O2 सांद्रता के साथ फोटोरेस्पिरेशन बढ़ता है। इन स्थितियों के तहत, क्लोरोप्लास्ट राइबुलोज बिस्फेट कार्बोक्सिलेज राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित नहीं करता है, बल्कि 3-फॉस्फोग्लिसरिक और 2-फॉस्फोग्लाइकोलिक एसिड में इसके दरार को उत्प्रेरित करता है। बाद वाले को ग्लाइकोलिक एसिड बनाने के लिए डिफॉस्फोराइलेट किया जाता है।

ग्लाइकोलिक एसिड क्लोरोप्लास्ट से पेरोक्सीसोम में जाता है, जहां यह ग्लाइकोलेट ऑक्सीडेज द्वारा ग्लाइऑक्सिलिक एसिड में ऑक्सीकृत हो जाता है। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन पेरोक्साइड पेरोक्सीसोम में मौजूद कैटालेज़ द्वारा विघटित हो जाता है। ग्लाइऑक्सिलिक एसिड को ग्लाइसीन बनाने के लिए संश्लेषित किया जाता है। ग्लाइसिन को माइटोकॉन्ड्रियन में ले जाया जाता है, जहां सेरीन को दो ग्लाइसीन अणुओं से संश्लेषित किया जाता है और सीओ 2 जारी किया जाता है।

सेरीन पेरोक्सीसोम में प्रवेश कर सकता है और, एमिनोट्रांस्फरेज़ की कार्रवाई के तहत, एमिनो समूह को पाइरुविक एसिड में स्थानांतरित करके एलानिन बनाता है, और स्वयं हाइड्रॉक्सीपाइरुविक एसिड में परिवर्तित हो जाता है। उत्तरार्द्ध, NADPH की भागीदारी के साथ, ग्लिसरॉलिक एसिड में कम हो जाता है। यह क्लोरोप्लास्ट में गुजरता है, जहां यह केल्विन चक्र में शामिल होता है और 3 पीएचए बनते हैं।

पौधे का श्वसन

एक जीवित कोशिका एक खुली ऊर्जा प्रणाली है; यह ऊर्जा के निरंतर प्रवाह के कारण जीवित रहती है और अपनी वैयक्तिकता बनाए रखती है। जैसे ही यह प्रवाह रुकता है, शरीर का विघटन और मृत्यु हो जाती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बनिक पदार्थों में 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: श्वसन और किण्वन। श्वसन ऊर्जा की रिहाई के साथ कार्बनिक यौगिकों का सरल अकार्बनिक यौगिकों में एरोबिक ऑक्सीडेटिव टूटना है। किण्वन ऊर्जा की रिहाई के साथ कार्बनिक यौगिकों को सरल यौगिकों में विघटित करने की एक अवायवीय प्रक्रिया है। श्वसन के मामले में, इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन है, किण्वन के मामले में, कार्बनिक यौगिक।

साँस लेने की प्रक्रिया का समग्र समीकरण है:

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

श्वसन पथ

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

1) ग्लाइकोलाइसिस + क्रेब्स चक्र (ग्लाइकोलाइटिक); श्वसन विनिमय का यह मार्ग सबसे आम है और इसमें दो चरण होते हैं। पहला चरण अवायवीय (ग्लाइकोलिसिस) है, दूसरा चरण एरोबिक है। ये चरण कोशिका के विभिन्न डिब्बों में स्थानीयकृत होते हैं। ग्लाइकोलाइसिस का अवायवीय चरण साइटोप्लाज्म में होता है, एरोबिक चरण माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। आमतौर पर श्वसन का रसायन ग्लूकोज से माना जाने लगता है। साथ ही, पौधों की कोशिकाओं में थोड़ा ग्लूकोज होता है, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद पौधे में चीनी के मुख्य परिवहन रूप या आरक्षित कार्बोहाइड्रेट (स्टार्च, आदि) के रूप में सुक्रोज होते हैं। इसलिए, श्वसन के लिए एक सब्सट्रेट बनने के लिए, ग्लूकोज बनाने के लिए सुक्रोज और स्टार्च को हाइड्रोलाइज किया जाना चाहिए।

2) पेंटोस फॉस्फेट (एपोटोमिक)। इन श्वसन मार्गों की सापेक्ष भूमिकाएँ पौधे के प्रकार, आयु, विकासात्मक अवस्था और पर्यावरणीय कारकों के आधार पर भिन्न हो सकती हैं। पौधों की श्वसन प्रक्रिया उन सभी बाहरी परिस्थितियों में होती है जिनके अंतर्गत जीवन संभव है। पौधे के जीव में तापमान को नियंत्रित करने के लिए अनुकूलन नहीं होता है, इसलिए श्वसन प्रक्रिया -50 से +50°C के तापमान पर होती है। पौधों में भी सभी ऊतकों में ऑक्सीजन के समान वितरण को बनाए रखने के लिए अनुकूलन की कमी होती है। यह विभिन्न परिस्थितियों में श्वसन प्रक्रिया को पूरा करने की आवश्यकता थी जिसके कारण विभिन्न श्वसन चयापचय मार्गों के विकास की प्रक्रिया में विकास हुआ और श्वसन के व्यक्तिगत चरणों को पूरा करने वाले एंजाइम प्रणालियों की और भी अधिक विविधता हुई। शरीर में सभी चयापचय प्रक्रियाओं के अंतर्संबंध पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है। श्वसन चयापचय मार्ग में परिवर्तन से पौधों के संपूर्ण चयापचय में गहरा परिवर्तन होता है।

ऊर्जा

11 एटीपी सीके और श्वसन के कार्य के परिणामस्वरूप बनता है और 1 एटीपी सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप बनता है। इस प्रतिक्रिया के दौरान, जीटीपी का एक अणु बनता है (रीफॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया से एटीपी का निर्माण होता है)।

एरोबिक परिस्थितियों में सीके के 1 टर्नओवर से 12 एटीपी का निर्माण होता है

एकीकृत

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

उभयचर

सीके के मेटाबोलाइट्स अपने स्तर पर महत्वपूर्ण हैं, वे एक प्रकार के चयापचय से दूसरे में स्विच कर सकते हैं।

13.ईटीसी: घटक स्थानीयकरण। ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण का तंत्र। मिशेल का रसायनपरासरण सिद्धांत.

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला- यह क्लोरोप्लास्ट की 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 माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए प्रेरक शक्ति दो फोटोसिस्टम (पीएस) के प्रतिक्रिया केंद्रों (आरसी) में रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं हैं। PS1 RC में आवेशों के प्राथमिक पृथक्करण से एक मजबूत कम करने वाले एजेंट A0 का निर्माण होता है, जिसकी रेडॉक्स क्षमता मध्यवर्ती वाहकों की श्रृंखला के माध्यम से NADP + की कमी सुनिश्चित करती है। आरसी पीएस2 में, फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं से एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट पी680 का निर्माण होता है, जो रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का कारण बनता है जिससे पानी का ऑक्सीकरण होता है और ऑक्सीजन निकलता है। PS1 RC में बनने वाले P700 की कमी फोटोसिस्टम II द्वारा पानी से जुटाए गए इलेक्ट्रॉनों के कारण होती है, जिसमें मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन वाहक (प्लास्टोक्विनोन, साइटोक्रोम कॉम्प्लेक्स और प्लास्टोसायनिन के रेडॉक्स कॉफ़ैक्टर्स) की भागीदारी होती है। प्रतिक्रिया केंद्रों में चार्ज पृथक्करण की प्राथमिक फोटोप्रेरित प्रतिक्रियाओं के विपरीत, थर्मोडायनामिक ग्रेडिएंट के विपरीत, ईटीसी के अन्य हिस्सों में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण रेडॉक्स क्षमता के ग्रेडिएंट के साथ होता है और ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है, जिसका उपयोग किया जाता है एटीपी का संश्लेषण.

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

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

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

प्रकाश संश्लेषण हैप्रकाश संश्लेषक वर्णकों 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 होते हैं।

मैं प्रकाश चरण

1. फोटोफिजिकल चरण- 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 होता है और सौर ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा एटीपी और एनएडीपीएच2 में बदलने और पानी के फोटोलिसिस से जुड़ा होता है।

द्वितीय अंधकार चरण

3. जैव रासायनिक चरण या केल्विन चक्र- क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है। इस स्तर पर, कार्बन डाइऑक्साइड कार्बोहाइड्रेट में कम हो जाता है।

अर्थ

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

2. ग्रीनहाउस प्रभाव के विकास को रोकता है।कुछ सूर्य का प्रकाश पृथ्वी की सतह से तापीय अवरक्त किरणों के रूप में परावर्तित होता है। CO2 अवरक्त विकिरण को अवशोषित करता है और इस तरह पृथ्वी पर गर्मी बरकरार रखता है। वायुमंडल में CO2 की मात्रा में वृद्धि तापमान में वृद्धि में योगदान कर सकती है, अर्थात ग्रीनहाउस प्रभाव पैदा कर सकती है। हालाँकि, हवा में CO2 की उच्च सामग्री प्रकाश संश्लेषण को सक्रिय करती है और इसलिए, हवा में CO2 की सांद्रता फिर से कम हो जाएगी।

3. वायुमंडल में ऑक्सीजन का संचय।प्रारंभ में पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन बहुत कम थी। अब इसकी मात्रा वायु के आयतन का 21% है। मूलतः यह ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण का एक उत्पाद है।

4. ओजोन स्क्रीन।ओजोन (O 3) लगभग 25 किमी की ऊंचाई पर सौर विकिरण के प्रभाव में ऑक्सीजन अणुओं के फोटोडिसोसिएशन के परिणामस्वरूप बनता है। पृथ्वी पर समस्त जीवन को विनाशकारी किरणों से बचाता है।

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश ऊर्जा के अनिवार्य उपयोग के साथ कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण है: 6CO 2 +6H 2 O + Q प्रकाश →C 6 H 12 O 6 +6O 2। प्रकाश संश्लेषण एक जटिल बहु-चरणीय प्रक्रिया है; प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं को दो समूहों में विभाजित किया गया है: प्रकाश चरण प्रतिक्रियाएं और अंधेरे चरण प्रतिक्रियाएं।

प्रकाश चरण. यह केवल क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन और एंजाइम एटीपी सिंथेटेज़ की भागीदारी के साथ थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश की उपस्थिति में होता है। प्रकाश की मात्रा के प्रभाव में, क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं, अणु को छोड़ते हैं और थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी हिस्से में प्रवेश करते हैं, जो अंततः नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। इंट्राथिलाकॉइड स्पेस में स्थित पानी से इलेक्ट्रॉन लेकर ऑक्सीकृत क्लोरोफिल अणु कम हो जाते हैं। इससे पानी का अपघटन और फोटोलिसिस होता है: H 2 O+ Q प्रकाश →H + +OH -। हाइड्रॉक्साइड आयन अपने इलेक्ट्रॉन छोड़ देते हैं, प्रतिक्रियाशील रेडिकल ∙OH: OH - →∙OH+e - में बदल जाते हैं। ∙OH रेडिकल मिलकर पानी और मुक्त ऑक्सीजन बनाते हैं: 4HO∙→ 2H 2 O+O 2। इस मामले में, ऑक्सीजन को बाहरी वातावरण में हटा दिया जाता है, और प्रोटॉन "प्रोटॉन जलाशय" में थायलाकोइड के अंदर जमा हो जाते हैं। परिणामस्वरूप, थायलाकोइड झिल्ली, एक ओर, H+ के कारण सकारात्मक रूप से चार्ज होती है, और दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉनों के कारण, नकारात्मक रूप से चार्ज होती है। जब थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी और आंतरिक पक्षों के बीच संभावित अंतर 200 एमवी तक पहुंच जाता है, तो प्रोटॉन को एटीपी सिंथेटेज़ चैनलों के माध्यम से धकेल दिया जाता है और एडीपी को एटीपी में फॉस्फोराइलेट किया जाता है; परमाणु हाइड्रोजन का उपयोग विशिष्ट वाहक NADP + को NADP∙H 2: 2H + +2 e - + NADP→ NADP∙H 2 को पुनर्स्थापित करने के लिए किया जाता है। इस प्रकार, प्रकाश चरण में, पानी का फोटोलिसिस होता है, जो तीन महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के साथ होता है: 1) एटीपी संश्लेषण; 2) NADP∙H 2 का गठन; 3) ऑक्सीजन का निर्माण। ऑक्सीजन वायुमंडल में फैलती है, एटीपी और एनएडीपी∙एच 2 को क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में ले जाया जाता है और अंधेरे चरण की प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं।

अंधकारमय चरण. क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है। इसकी प्रतिक्रियाओं के लिए प्रकाश ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए वे न केवल प्रकाश में, बल्कि अंधेरे में भी होती हैं। अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं कार्बन डाइऑक्साइड (हवा से) के क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करती हैं, जिससे ग्लूकोज और अन्य कार्बनिक पदार्थों का निर्माण होता है। सबसे पहले, सीओ 2 निर्धारण होता है, स्वीकर्ता चीनी राइबुलोज बाइफॉस्फेट है, जो राइबुलोज बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होता है। राइबुलोज बाइफॉस्फेट के कार्बोक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, एक अस्थिर छह-कार्बन यौगिक बनता है, जो तुरंत फॉस्फोग्लिसरिक एसिड के दो अणुओं में टूट जाता है। फिर प्रतिक्रियाओं का एक चक्र होता है, जिसमें मध्यवर्ती उत्पादों की एक श्रृंखला के माध्यम से, पीजीए ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है। प्रकाश चरण में बनने वाली एटीपी और एनएडीपीएच 2 की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। (केल्विन साइकिल)।

23. प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में Co2 आत्मसात प्रतिक्रियाएं।

केल्विन चक्र CO2 आत्मसात करने का मुख्य मार्ग है। डीकार्बाक्सिलेशन चरण - कार्बन डाइऑक्साइड राइबुलोज बाइफॉस्फेट के साथ जुड़कर फॉस्फोग्लिसरेट के दो अणु बनाता है। यह प्रतिक्रिया राइबुलोज बाइफॉस्फेट कार्बोसिलेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है।