1 प्रकाश संश्लेषण होता है। प्रकाश संश्लेषण का अर्थ

जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रकाश संश्लेषण अनिवार्य रूप से कार्बनिक पदार्थों का प्राकृतिक संश्लेषण है, जो वायुमंडल और पानी से CO2 को ग्लूकोज और मुक्त ऑक्सीजन में परिवर्तित करता है।

इसके लिए सौर ऊर्जा की उपस्थिति आवश्यक है।

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

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

प्रकाश चरण पौधों की पत्तियों में विशेष रूप से सूर्य के प्रकाश में हो सकता है। अंधेरे के लिए कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति आवश्यक है, यही कारण है कि पौधे को इसे लगातार वायुमंडल से अवशोषित करना चाहिए। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे और प्रकाश चरणों की सभी तुलनात्मक विशेषताएं नीचे प्रदान की जाएंगी। इस प्रयोजन के लिए, एक तुलनात्मक तालिका "प्रकाश संश्लेषण के चरण" बनाई गई।

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में मुख्य प्रक्रियाएं थायलाकोइड झिल्ली में होती हैं। इसमें क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेज़ (एक एंजाइम जो प्रतिक्रिया को तेज करता है) और सूर्य का प्रकाश शामिल है।

इसके अलावा, प्रतिक्रिया तंत्र को निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है: जब सूर्य का प्रकाश पौधों की हरी पत्तियों पर पड़ता है, तो उनकी संरचना में क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन (नकारात्मक चार्ज) उत्तेजित होते हैं, जो सक्रिय अवस्था में चले जाते हैं, वर्णक अणु को छोड़ देते हैं और समाप्त हो जाते हैं। थायलाकोइड के बाहर, जिसकी झिल्ली भी नकारात्मक रूप से चार्ज होती है। साथ ही, क्लोरोफिल अणु ऑक्सीकृत हो जाते हैं और पहले से ऑक्सीकृत अणु कम हो जाते हैं, इस प्रकार पत्ती की संरचना में मौजूद पानी से इलेक्ट्रॉन निकल जाते हैं।

यह प्रक्रिया इस तथ्य की ओर ले जाती है कि पानी के अणु विघटित हो जाते हैं, और पानी के फोटोलिसिस के परिणामस्वरूप बने आयन अपने इलेक्ट्रॉन छोड़ देते हैं और ओएच रेडिकल में बदल जाते हैं जो आगे की प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं। फिर ये प्रतिक्रियाशील OH रेडिकल मिलकर पूर्ण विकसित पानी के अणु और ऑक्सीजन बनाते हैं। इस मामले में, मुक्त ऑक्सीजन बाहरी वातावरण में चली जाती है।

इन सभी प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, पत्ती थायलाकोइड झिल्ली एक तरफ सकारात्मक रूप से चार्ज होती है (H+ आयन के कारण), और दूसरी तरफ - नकारात्मक रूप से (इलेक्ट्रॉनों के कारण)। जब झिल्ली के दोनों किनारों पर इन आवेशों के बीच का अंतर 200 एमवी से अधिक हो जाता है, तो प्रोटॉन एटीपी सिंथेटेज़ एंजाइम के विशेष चैनलों से गुजरते हैं और इसके कारण, एडीपी एटीपी में परिवर्तित हो जाता है (फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया के परिणामस्वरूप)। और परमाणु हाइड्रोजन, जो पानी से निकलता है, विशिष्ट वाहक NADP+ को NADP·H2 में पुनर्स्थापित करता है। जैसा कि हम देख सकते हैं, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के परिणामस्वरूप, तीन मुख्य प्रक्रियाएँ होती हैं:

1. एटीपी संश्लेषण;
2. NADP H2 का निर्माण;
3. मुक्त ऑक्सीजन का निर्माण.

उत्तरार्द्ध को वायुमंडल में छोड़ा जाता है, और एनएडीपी एच2 और एटीपी प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में भाग लेते हैं।

प्रकाश संश्लेषण का अंधकारमय चरण

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

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

इसके बाद, प्रतिक्रियाओं का एक पूरा चक्र होता है, जिसके पूरा होने पर फॉस्फोग्लिसरिक एसिड का ग्लूकोज (प्राकृतिक चीनी) में रूपांतरण होता है। ये सभी प्रतिक्रियाएं एटीपी और एनएडीपी एच2 की ऊर्जा का उपयोग करती हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में बनाई गई थीं। ग्लूकोज के अलावा, प्रकाश संश्लेषण अन्य पदार्थ भी पैदा करता है। इनमें विभिन्न अमीनो एसिड, फैटी एसिड, ग्लिसरॉल और न्यूक्लियोटाइड शामिल हैं।

प्रकाश संश्लेषण के चरण: तुलना तालिका

प्रकाश संश्लेषण - वीडियो

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया प्रकृति में होने वाली सबसे महत्वपूर्ण जैविक प्रक्रियाओं में से एक है, क्योंकि इसके कारण प्रकाश के प्रभाव में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थ बनते हैं और इस घटना को प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है। और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, एक रिहाई होती है, जो हमारे अद्भुत ग्रह पर जीवन के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण है।

प्रकाश संश्लेषण की खोज का इतिहास

प्रकाश संश्लेषण की घटना की खोज का इतिहास चार शताब्दियों पुराना है, जब 1600 में बेल्जियम के एक वैज्ञानिक जान वान हेलमोंट ने एक सरल प्रयोग किया था। उन्होंने एक विलो टहनी (उसका प्रारंभिक वजन रिकॉर्ड करने के बाद) एक बैग में रखी जिसमें 80 किलो मिट्टी भी थी। और फिर पांच साल तक पौधे को विशेष रूप से पानी से सींचा गया। वैज्ञानिक का आश्चर्य क्या था, जब पांच साल बाद, पौधे का वजन 60 किलोग्राम बढ़ गया, इस तथ्य के बावजूद कि पृथ्वी का द्रव्यमान केवल 50 ग्राम कम हो गया, वजन में इतनी प्रभावशाली वृद्धि कहां से हुई यह एक रहस्य बना हुआ है वैज्ञानिक।

अगला महत्वपूर्ण और दिलचस्प प्रयोग, जो प्रकाश संश्लेषण की खोज की प्रस्तावना बन गया, 1771 में अंग्रेजी वैज्ञानिक जोसेफ प्रीस्टली द्वारा किया गया था (यह उत्सुक है कि अपने पेशे की प्रकृति से, श्री प्रीस्टली एंग्लिकन चर्च के पुजारी थे , लेकिन वह इतिहास में एक उत्कृष्ट वैज्ञानिक के रूप में दर्ज हुए)। श्री प्रीस्टली ने क्या किया? उसने चूहे को एक हुड के नीचे रख दिया और पांच दिन बाद वह मर गया। फिर उसने फिर से एक और चूहा फन के नीचे रख दिया, लेकिन इस बार चूहे के साथ फन के नीचे पुदीने की एक टहनी भी थी और परिणामस्वरूप चूहा जीवित रहा। प्राप्त परिणाम से वैज्ञानिक इस विचार पर पहुंचे कि सांस लेने के विपरीत एक निश्चित प्रक्रिया है। इस प्रयोग का एक और महत्वपूर्ण निष्कर्ष सभी जीवित प्राणियों के लिए महत्वपूर्ण ऑक्सीजन की खोज थी (पहला चूहा इसकी अनुपस्थिति से मर गया, दूसरा पुदीने की टहनी के कारण जीवित रहा, जिसने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन का निर्माण किया)।

इस प्रकार, यह तथ्य स्थापित हो गया कि पौधों के हरे भाग ऑक्सीजन छोड़ने में सक्षम हैं। फिर, 1782 में, स्विस वैज्ञानिक जीन सेनेबियर ने साबित किया कि प्रकाश के प्रभाव में कार्बन डाइऑक्साइड हरे पौधों में विघटित हो जाता है - वास्तव में, प्रकाश संश्लेषण का एक और पक्ष खोजा गया था। फिर, अगले 5 साल बाद, फ्रांसीसी वैज्ञानिक जैक्स बाउसेंगो ने पता लगाया कि पौधे कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के दौरान पानी को अवशोषित करते हैं।

और प्रकाश संश्लेषण की घटना से संबंधित वैज्ञानिक खोजों की श्रृंखला में अंतिम राग जर्मन वनस्पतिशास्त्री जूलियस सैक्स की खोज थी, जो 1864 में यह साबित करने में कामयाब रहे कि उपभोग की गई कार्बन डाइऑक्साइड और जारी ऑक्सीजन की मात्रा 1: 1 के अनुपात में होती है।

मानव जीवन में प्रकाश संश्लेषण का महत्व

यदि आप आलंकारिक रूप से कल्पना करें, तो किसी भी पौधे की पत्ती की तुलना एक छोटी प्रयोगशाला से की जा सकती है, जिसकी खिड़कियाँ धूप की ओर होती हैं। इसी प्रयोगशाला में कार्बनिक पदार्थों और ऑक्सीजन का निर्माण होता है, जो पृथ्वी पर जैविक जीवन के अस्तित्व का आधार है। आख़िरकार, ऑक्सीजन और प्रकाश संश्लेषण के बिना, पृथ्वी पर जीवन का अस्तित्व ही नहीं होता।

लेकिन यदि प्रकाश संश्लेषण जीवन और ऑक्सीजन की रिहाई के लिए इतना महत्वपूर्ण है, तो लोग (और केवल लोग ही नहीं) कैसे रहते हैं, उदाहरण के लिए रेगिस्तान में, जहां न्यूनतम हरे पौधे हैं, या, उदाहरण के लिए, एक औद्योगिक शहर में जहां पेड़ दुर्लभ हैं. तथ्य यह है कि स्थलीय पौधे वायुमंडल में जारी ऑक्सीजन का केवल 20% हिस्सा बनाते हैं, जबकि शेष 80% समुद्र और समुद्री शैवाल द्वारा जारी किया जाता है; यह कुछ भी नहीं है कि दुनिया के महासागरों को कभी-कभी "हमारे ग्रह के फेफड़े" कहा जाता है। ”

प्रकाश संश्लेषण सूत्र

प्रकाश संश्लेषण का सामान्य सूत्र इस प्रकार लिखा जा सकता है:

जल + कार्बन डाइऑक्साइड + प्रकाश > कार्बोहाइड्रेट + ऑक्सीजन

प्रकाश संश्लेषण की रासायनिक प्रतिक्रिया का सूत्र इस प्रकार दिखता है:

6CO 2 + 6H 2 O = C6H 12 O 6 + 6O 2

पौधों के लिए प्रकाश संश्लेषण का महत्व

आइए अब इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करें कि पौधों को प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता क्यों होती है। वास्तव में, हमारे ग्रह के वायुमंडल में ऑक्सीजन प्रदान करना प्रकाश संश्लेषण होने का एकमात्र कारण नहीं है; यह जैविक प्रक्रिया न केवल लोगों और जानवरों के लिए, बल्कि स्वयं पौधों के लिए भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के दौरान जो कार्बनिक पदार्थ बनते हैं पौधों के जीवन का आधार बनें।

प्रकाश संश्लेषण कैसे होता है?

प्रकाश संश्लेषण का मुख्य इंजन क्लोरोफिल है - पौधों की कोशिकाओं में निहित एक विशेष वर्णक, जो अन्य चीजों के अलावा, पेड़ों और अन्य पौधों की पत्तियों के हरे रंग के लिए जिम्मेदार है। क्लोरोफिल एक जटिल कार्बनिक यौगिक है जिसमें एक महत्वपूर्ण गुण भी है - सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता। इसे अवशोषित करके, यह क्लोरोफिल ही है जो हर छोटे पत्ते, घास के हर ब्लेड और हर शैवाल में मौजूद उस छोटी जैव रासायनिक प्रयोगशाला को सक्रिय करता है। इसके बाद, प्रकाश संश्लेषण होता है (ऊपर सूत्र देखें), जिसके दौरान पानी और कार्बन डाइऑक्साइड पौधों के लिए आवश्यक कार्बोहाइड्रेट और सभी जीवित चीजों के लिए आवश्यक ऑक्सीजन में परिवर्तित हो जाते हैं। प्रकाश संश्लेषण की क्रियाविधि प्रकृति की एक अद्भुत रचना है।

प्रकाश संश्लेषण के चरण

इसके अलावा, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं: प्रकाश और अंधेरा। और नीचे हम उनमें से प्रत्येक के बारे में विस्तार से लिखेंगे।

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश संश्लेषक रंगों की भागीदारी से कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में प्रकाश ऊर्जा बनाने की प्रक्रियाओं का एक समूह है।

इस प्रकार का पोषण पौधों, प्रोकैरियोट्स और कुछ प्रकार के एककोशिकीय यूकेरियोट्स की विशेषता है।

प्राकृतिक संश्लेषण के दौरान, कार्बन और पानी, प्रकाश के साथ संपर्क में, ग्लूकोज और मुक्त ऑक्सीजन में परिवर्तित हो जाते हैं:

6CO2 + 6H2O + प्रकाश ऊर्जा → C6H12O6 + 6O2

आधुनिक पादप शरीर क्रिया विज्ञान प्रकाश संश्लेषण की अवधारणा को एक फोटोऑटोट्रॉफ़िक फ़ंक्शन के रूप में समझता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थ में परिवर्तित करने सहित विभिन्न गैर-सहज प्रतिक्रियाओं में प्रकाश ऊर्जा क्वांटा के अवशोषण, परिवर्तन और उपयोग की प्रक्रियाओं का एक सेट है।

के चरण

पौधों में प्रकाश संश्लेषण पत्तियों में क्लोरोप्लास्ट के माध्यम से होता है- प्लास्टिड्स के वर्ग से संबंधित अर्ध-स्वायत्त डबल-झिल्ली अंग। शीट प्लेटों का सपाट आकार उच्च गुणवत्ता वाले अवशोषण और प्रकाश ऊर्जा और कार्बन डाइऑक्साइड का पूर्ण उपयोग सुनिश्चित करता है। प्राकृतिक संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी जड़ों से जल-संवाहक ऊतक के माध्यम से आता है। गैस विनिमय रंध्र के माध्यम से और आंशिक रूप से छल्ली के माध्यम से प्रसार द्वारा होता है।

क्लोरोप्लास्ट रंगहीन स्ट्रोमा से भरे होते हैं और लैमेला द्वारा प्रवेश करते हैं, जो एक दूसरे से जुड़े होने पर थायलाकोइड बनाते हैं। इन्हीं में प्रकाश संश्लेषण होता है। सायनोबैक्टीरिया स्वयं क्लोरोप्लास्ट हैं, इसलिए उनमें प्राकृतिक संश्लेषण के लिए उपकरण को एक अलग अंग में विभाजित नहीं किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण क्रिया होती है पिगमेंट की भागीदारी के साथ, जो आमतौर पर क्लोरोफिल होते हैं। कुछ जीवों में एक अन्य वर्णक, कैरोटीनॉयड या फ़ाइकोबिलिन होता है। प्रोकैरियोट्स में वर्णक बैक्टीरियोक्लोरोफिल होता है, और ये जीव प्राकृतिक संश्लेषण पूरा होने के बाद ऑक्सीजन नहीं छोड़ते हैं।

प्रकाश संश्लेषण दो चरणों से होकर गुजरता है - प्रकाश और अंधकार। उनमें से प्रत्येक को कुछ प्रतिक्रियाओं और परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों की विशेषता है। आइए प्रकाश संश्लेषण के चरणों की प्रक्रिया पर करीब से नज़र डालें।

रोशनी

प्रकाश संश्लेषण का प्रथम चरणउच्च-ऊर्जा उत्पादों के निर्माण की विशेषता, जो एटीपी, सेलुलर ऊर्जा स्रोत, और एनएडीपी, कम करने वाले एजेंट हैं। चरण के अंत में, उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन का उत्पादन होता है। प्रकाश अवस्था आवश्यक रूप से सूर्य के प्रकाश के साथ घटित होती है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेज़ और क्लोरोफिल (या अन्य वर्णक) की भागीदारी के साथ थायलाकोइड झिल्ली में होती है।

इलेक्ट्रोकेमिकल श्रृंखलाओं की कार्यप्रणाली, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और आंशिक रूप से हाइड्रोजन प्रोटॉन को स्थानांतरित किया जाता है, पिगमेंट और एंजाइमों द्वारा गठित जटिल परिसरों में बनता है।

प्रकाश चरण प्रक्रिया का विवरण:

1. जब सूर्य का प्रकाश पौधों के पत्तों के ब्लेडों पर पड़ता है, तो प्लेटों की संरचना में क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं;
2. सक्रिय अवस्था में, कण वर्णक अणु को छोड़ देते हैं और थायलाकोइड के बाहरी तरफ उतरते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। यह क्लोरोफिल अणुओं के ऑक्सीकरण और बाद में कमी के साथ-साथ होता है, जो पत्तियों में प्रवेश करने वाले पानी से अगले इलेक्ट्रॉनों को निकाल लेता है;
3. फिर पानी का फोटोलिसिस आयनों के निर्माण के साथ होता है, जो इलेक्ट्रॉन दान करते हैं और ओएच रेडिकल में परिवर्तित हो जाते हैं जो आगे की प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं;
4. ये कण फिर मिलकर पानी के अणु बनाते हैं और वायुमंडल में मुक्त ऑक्सीजन छोड़ते हैं;
5. थायलाकोइड झिल्ली एक तरफ हाइड्रोजन आयन के कारण सकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है, और दूसरी तरफ इलेक्ट्रॉनों के कारण नकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है;
6. जब झिल्ली के किनारों के बीच 200 एमवी का अंतर पहुंच जाता है, तो प्रोटॉन एंजाइम एटीपी सिंथेटेज़ से गुजरते हैं, जिससे एडीपी का एटीपी (फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया) में रूपांतरण होता है;
7. पानी से निकलने वाले परमाणु हाइड्रोजन के साथ, NADP + NADP H2 में कम हो जाता है;

जबकि प्रतिक्रियाओं के दौरान मुक्त ऑक्सीजन वायुमंडल में छोड़ी जाती है, एटीपी और एनएडीपी एच2 प्राकृतिक संश्लेषण के अंधेरे चरण में भाग लेते हैं।

अँधेरा

इस चरण के लिए एक अनिवार्य घटक कार्बन डाइऑक्साइड है, जिसे पौधे पत्तियों में रंध्रों के माध्यम से बाहरी वातावरण से लगातार अवशोषित करते हैं। अंधेरे चरण की प्रक्रिया क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है। चूँकि इस स्तर पर बहुत अधिक सौर ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है और प्रकाश चरण के दौरान पर्याप्त एटीपी और एनएडीपी एच2 का उत्पादन होगा, जीवों में प्रतिक्रियाएं दिन और रात दोनों समय हो सकती हैं। इस स्तर पर प्रक्रियाएँ पिछले चरण की तुलना में तेजी से होती हैं।

अंधेरे चरण में होने वाली सभी प्रक्रियाओं की समग्रता बाहरी वातावरण से आने वाले कार्बन डाइऑक्साइड के अनुक्रमिक परिवर्तनों की एक अनूठी श्रृंखला के रूप में प्रस्तुत की जाती है:

1. ऐसी श्रृंखला में पहली प्रतिक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड का स्थिरीकरण है। एंजाइम RiBP-कार्बोक्सिलेज़ की उपस्थिति प्रतिक्रिया के तेज़ और सुचारू पाठ्यक्रम में योगदान करती है, जिसके परिणामस्वरूप छह-कार्बन यौगिक बनता है जो फॉस्फोग्लिसरिक एसिड के 2 अणुओं में टूट जाता है;
2. फिर एक जटिल चक्र होता है, जिसमें एक निश्चित संख्या में प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, जिसके पूरा होने पर फॉस्फोग्लिसरिक एसिड प्राकृतिक चीनी - ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है। इस प्रक्रिया को केल्विन चक्र कहा जाता है;

शर्करा के साथ-साथ फैटी एसिड, अमीनो एसिड, ग्लिसरॉल और न्यूक्लियोटाइड का निर्माण भी होता है।

प्रकाश संश्लेषण का सार

प्राकृतिक संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों की तुलना करने वाली तालिका से, आप उनमें से प्रत्येक के सार का संक्षेप में वर्णन कर सकते हैं। प्रतिक्रिया में प्रकाश ऊर्जा के अनिवार्य समावेश के साथ क्लोरोप्लास्ट के ग्रैना में प्रकाश चरण होता है। प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेज़ और क्लोरोफिल जैसे घटक शामिल होते हैं, जो पानी के साथ बातचीत करते समय मुक्त ऑक्सीजन, एटीपी और एनएडीपी एच 2 बनाते हैं। अंधेरे चरण के लिए, जो क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है, सूरज की रोशनी आवश्यक नहीं है। पिछले चरण में प्राप्त एटीपी और एनएडीपी एच2, कार्बन डाइऑक्साइड के साथ परस्पर क्रिया करते समय प्राकृतिक शर्करा (ग्लूकोज) बनाते हैं।

जैसा कि ऊपर से देखा जा सकता है, प्रकाश संश्लेषण एक जटिल और बहु-चरणीय घटना प्रतीत होती है, जिसमें कई प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं जिनमें विभिन्न पदार्थ शामिल होते हैं। प्राकृतिक संश्लेषण के परिणामस्वरूप, ऑक्सीजन प्राप्त होता है, जो जीवित जीवों की श्वसन और ओजोन परत के निर्माण के माध्यम से पराबैंगनी विकिरण से उनकी सुरक्षा के लिए आवश्यक है।

परिभाषा: प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन की रिहाई के साथ प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में शामिल हैं:

1) क्लोरोप्लास्ट,

3) कार्बन डाइऑक्साइड,

5) तापमान.

उच्च पौधों में, प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में होता है - अंडाकार आकार के प्लास्टिड (अर्ध-स्वायत्त अंग) जिनमें वर्णक क्लोरोफिल होता है, जिसके हरे रंग के कारण पौधे के कुछ हिस्सों का रंग भी हरा होता है।

शैवाल में, क्लोरोफिल क्रोमैटोफोर्स (वर्णक युक्त और प्रकाश-प्रतिबिंबित कोशिकाओं) में निहित होता है। भूरे और लाल शैवाल, जो काफी गहराई पर रहते हैं जहां सूरज की रोशनी अच्छी तरह से नहीं पहुंच पाती है, उनमें अन्य रंगद्रव्य होते हैं।

यदि आप सभी जीवित चीजों के खाद्य पिरामिड को देखें, तो स्वपोषी (जीव जो अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं) के बीच प्रकाश संश्लेषक जीव सबसे निचले पायदान पर हैं। इसलिए, वे ग्रह पर सभी जीवन के लिए भोजन का स्रोत हैं।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान वायुमंडल में ऑक्सीजन छोड़ी जाती है। वायुमंडल की ऊपरी परतों में इससे ओजोन का निर्माण होता है। ओजोन ढाल पृथ्वी की सतह को कठोर पराबैंगनी विकिरण से बचाती है, जिससे जीवन समुद्र से जमीन पर उभर सकता है।

पौधों और जानवरों के श्वसन के लिए ऑक्सीजन आवश्यक है। जब ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ ग्लूकोज का ऑक्सीकरण होता है, तो माइटोकॉन्ड्रिया इसके बिना लगभग 20 गुना अधिक ऊर्जा संग्रहीत करता है। इससे भोजन का उपयोग अधिक कुशल हो जाता है, जिससे पक्षियों और स्तनधारियों में चयापचय दर उच्च हो जाती है।

पौधों में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का अधिक विस्तृत विवरण

प्रकाश संश्लेषण की प्रगति:

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया क्लोरोप्लास्ट पर प्रकाश पड़ने से शुरू होती है - हरा रंगद्रव्य युक्त इंट्रासेल्युलर अर्ध-स्वायत्त अंग। प्रकाश के संपर्क में आने पर, क्लोरोप्लास्ट मिट्टी से पानी का उपभोग करना शुरू कर देते हैं, इसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करते हैं।

ऑक्सीजन का एक भाग वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है, दूसरा भाग पौधे में ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं में चला जाता है।

चीनी मिट्टी से आने वाले नाइट्रोजन, सल्फर और फास्फोरस के साथ मिलती है, इस तरह हरे पौधे अपने जीवन के लिए आवश्यक स्टार्च, वसा, प्रोटीन, विटामिन और अन्य जटिल यौगिकों का उत्पादन करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में सबसे अच्छा होता है, लेकिन कुछ पौधे कृत्रिम प्रकाश से संतुष्ट हो सकते हैं।

उन्नत पाठक के लिए प्रकाश संश्लेषण के तंत्र का एक जटिल विवरण

20वीं सदी के 60 के दशक तक, वैज्ञानिक कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण के लिए केवल एक तंत्र जानते थे - सी3-पेंटोस फॉस्फेट मार्ग के माध्यम से। हालाँकि, हाल ही में ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों का एक समूह यह साबित करने में सक्षम हुआ कि कुछ पौधों में कार्बन डाइऑक्साइड की कमी C4-डाइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र के माध्यम से होती है।

C3 प्रतिक्रिया वाले पौधों में, प्रकाश संश्लेषण मध्यम तापमान और प्रकाश की स्थितियों में सबसे अधिक सक्रिय रूप से होता है, मुख्य रूप से जंगलों और अंधेरे स्थानों में। ऐसे पौधों में लगभग सभी खेती वाले पौधे और अधिकांश सब्जियाँ शामिल हैं। वे मानव आहार का आधार बनते हैं।

C4 प्रतिक्रिया वाले पौधों में, प्रकाश संश्लेषण उच्च तापमान और प्रकाश की स्थितियों में सबसे अधिक सक्रिय रूप से होता है। ऐसे पौधों में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, मक्का, ज्वार और गन्ना, जो गर्म और उष्णकटिबंधीय जलवायु में उगते हैं।

पौधों के चयापचय की खोज हाल ही में की गई थी, जब यह पता चला कि कुछ पौधों में जिनमें पानी के भंडारण के लिए विशेष ऊतक होते हैं, कार्बन डाइऑक्साइड कार्बनिक अम्ल के रूप में जमा होता है और एक दिन के बाद ही कार्बोहाइड्रेट में स्थिर हो जाता है। यह तंत्र पौधों को पानी बचाने में मदद करता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कैसे होती है?

पौधा क्लोरोफिल नामक हरे पदार्थ का उपयोग करके प्रकाश को अवशोषित करता है। क्लोरोफिल क्लोरोप्लास्ट में पाया जाता है, जो तनों या फलों में पाए जाते हैं। पत्तियों में इनकी विशेष रूप से बड़ी मात्रा होती है, क्योंकि इसकी बहुत सपाट संरचना के कारण, पत्ती बहुत अधिक प्रकाश को आकर्षित कर सकती है, और इसलिए प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए बहुत अधिक ऊर्जा प्राप्त करती है।

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

इन कार्बनिक पदार्थों का उपयोग पौधों द्वारा स्वयं अपने विभिन्न भागों को पोषण देने के साथ-साथ सामान्य जीवन कार्यों को बनाए रखने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, ये पदार्थ जानवरों को पौधे खाने से भी प्राप्त होते हैं। लोगों को ये पदार्थ जानवरों और पौधों की उत्पत्ति के खाद्य पदार्थ खाने से भी मिलते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के लिए शर्तें

प्रकाश संश्लेषण कृत्रिम प्रकाश और सूर्य के प्रकाश दोनों के प्रभाव में हो सकता है। एक नियम के रूप में, पौधे वसंत और गर्मियों में प्रकृति में गहनता से "काम" करते हैं, जब बहुत अधिक आवश्यक धूप होती है। शरद ऋतु में रोशनी कम हो जाती है, दिन छोटे हो जाते हैं, पत्तियाँ पहले पीली हो जाती हैं और फिर झड़ जाती हैं। लेकिन जैसे ही गर्म वसंत सूरज दिखाई देता है, हरे पत्ते फिर से दिखाई देते हैं और हरे "कारखाने" जीवन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन, साथ ही कई अन्य पोषक तत्व प्रदान करने के लिए फिर से अपना काम शुरू कर देंगे।

प्रकाश संश्लेषण की वैकल्पिक परिभाषा

प्रकाश संश्लेषण (प्राचीन ग्रीक फोटो-प्रकाश और संश्लेषण से - कनेक्शन, फोल्डिंग, बाइंडिंग, संश्लेषण) प्रकाश ऊर्जा को प्रकाश संश्लेषक वर्णक (पौधों में क्लोरोफिल) की भागीदारी के साथ फोटोऑटोट्रॉफ़्स द्वारा प्रकाश में कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है। , बैक्टीरिया में बैक्टीरियोक्लोरोफिल और बैक्टीरियरहोडॉप्सिन)। आधुनिक पादप शरीर क्रिया विज्ञान में, प्रकाश संश्लेषण को अक्सर एक फोटोऑटोट्रॉफ़िक फ़ंक्शन के रूप में समझा जाता है - विभिन्न अंतर्जात प्रतिक्रियाओं में प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा के अवशोषण, परिवर्तन और उपयोग की प्रक्रियाओं का एक सेट, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित करना शामिल है।

प्रकाश संश्लेषण के चरण

प्रकाश संश्लेषण एक जटिल प्रक्रिया है और इसमें दो चरण शामिल हैं: प्रकाश, जो हमेशा विशेष रूप से प्रकाश में होता है, और अंधेरा। सभी प्रक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के अंदर विशेष छोटे अंगों - थाइलाकोडिया पर होती हैं। प्रकाश चरण के दौरान, प्रकाश की एक मात्रा क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित होती है, जिसके परिणामस्वरूप एटीपी और एनएडीपीएच अणुओं का निर्माण होता है। फिर पानी टूट जाता है, हाइड्रोजन आयन बनाता है और ऑक्सीजन अणु छोड़ता है। सवाल उठता है कि ये समझ से परे रहस्यमय पदार्थ क्या हैं: एटीपी और एनएडीएच?

एटीपी एक विशेष कार्बनिक अणु है जो सभी जीवित जीवों में पाया जाता है और इसे अक्सर "ऊर्जा" मुद्रा कहा जाता है। ये अणु ही हैं जिनमें उच्च-ऊर्जा बंधन होते हैं और ये शरीर में किसी भी कार्बनिक संश्लेषण और रासायनिक प्रक्रियाओं में ऊर्जा का स्रोत होते हैं। खैर, एनएडीपीएच वास्तव में हाइड्रोजन का एक स्रोत है, इसका उपयोग सीधे उच्च-आणविक कार्बनिक पदार्थों - कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में किया जाता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण के दूसरे, अंधेरे चरण में होता है।

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

क्लोरोप्लास्ट में बहुत सारे क्लोरोफिल अणु होते हैं, और वे सभी सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं। उसी समय, प्रकाश अन्य वर्णकों द्वारा अवशोषित होता है, लेकिन वे प्रकाश संश्लेषण नहीं कर सकते। यह प्रक्रिया केवल कुछ क्लोरोफिल अणुओं में ही होती है, जिनकी संख्या बहुत कम होती है। क्लोरोफिल, कैरोटीनॉयड और अन्य पदार्थों के अन्य अणु विशेष एंटीना और प्रकाश-संचयन परिसरों (एलएचसी) का निर्माण करते हैं। वे, एंटेना की तरह, प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते हैं और उत्तेजना को विशेष प्रतिक्रिया केंद्रों या जाल तक पहुंचाते हैं। ये केंद्र फोटोसिस्टम में स्थित होते हैं, जिनमें से पौधों में दो होते हैं: फोटोसिस्टम II और फोटोसिस्टम I। इनमें विशेष क्लोरोफिल अणु होते हैं: क्रमशः, फोटोसिस्टम II में - P680, और फोटोसिस्टम I में - P700। वे ठीक इसी तरंगदैर्घ्य (680 और 700 एनएम) के प्रकाश को अवशोषित करते हैं।

आरेख यह अधिक स्पष्ट करता है कि प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान सब कुछ कैसा दिखता है और घटित होता है।

चित्र में हम क्लोरोफिल P680 और P700 वाले दो फोटो सिस्टम देखते हैं। यह आंकड़ा उन वाहकों को भी दिखाता है जिनके माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन होता है।

तो: दो फोटोसिस्टम के दोनों क्लोरोफिल अणु एक प्रकाश क्वांटम को अवशोषित करते हैं और उत्तेजित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉन ई- (चित्र में लाल) उच्च ऊर्जा स्तर की ओर बढ़ता है।

उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों में बहुत अधिक ऊर्जा होती है; वे टूट जाते हैं और ट्रांसपोर्टरों की एक विशेष श्रृंखला में प्रवेश करते हैं, जो थायलाकोइड्स की झिल्लियों में स्थित होती है - क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक संरचनाएं। चित्र से पता चलता है कि फोटोसिस्टम II से क्लोरोफिल P680 से एक इलेक्ट्रॉन प्लास्टोक्विनोन में जाता है, और फोटोसिस्टम I से क्लोरोफिल P700 से फेर्रेडॉक्सिन में जाता है। स्वयं क्लोरोफिल अणुओं में, उनके हटने के बाद इलेक्ट्रॉनों के स्थान पर धनात्मक आवेश वाले नीले छिद्र बन जाते हैं। क्या करें?

एक इलेक्ट्रॉन की कमी की भरपाई करने के लिए, फोटोसिस्टम II का क्लोरोफिल P680 अणु पानी से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है, और हाइड्रोजन आयन बनते हैं। इसके अलावा, पानी के टूटने के कारण ही वायुमंडल में ऑक्सीजन निकलती है। और क्लोरोफिल P700 अणु, जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, फोटोसिस्टम II से वाहक प्रणाली के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की कमी को पूरा करता है।

सामान्य तौर पर, चाहे यह कितना भी कठिन क्यों न हो, प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण ठीक इसी तरह आगे बढ़ता है; इसका मुख्य सार इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण है। आप चित्र से यह भी देख सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन परिवहन के समानांतर, हाइड्रोजन आयन H+ झिल्ली के माध्यम से चलते हैं, और वे थायलाकोइड के अंदर जमा हो जाते हैं। चूंकि वहां उनकी संख्या बहुत अधिक है, इसलिए वे एक विशेष संयुग्मन कारक की मदद से बाहर की ओर बढ़ते हैं, जो दाईं ओर दिखाए गए चित्र में नारंगी रंग का है और मशरूम जैसा दिखता है।

अंत में, हम इलेक्ट्रॉन परिवहन का अंतिम चरण देखते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उपरोक्त NADH यौगिक का निर्माण होता है। और H+ आयनों के स्थानांतरण के कारण, ऊर्जा मुद्रा का संश्लेषण होता है - एटीपी (चित्र में दाईं ओर देखा गया)।

तो, प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण पूरा हो जाता है, वायुमंडल में ऑक्सीजन छोड़ी जाती है, एटीपी और एनएडीएच बनते हैं। आगे क्या होगा? वादा किया गया कार्बनिक पदार्थ कहाँ है? और फिर अंधकारमय चरण आता है, जिसमें मुख्य रूप से रासायनिक प्रक्रियाएं शामिल होती हैं।

प्रकाश संश्लेषण का अंधकारमय चरण

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड - CO2 - एक आवश्यक घटक है। इसलिए, पौधे को इसे लगातार वायुमंडल से अवशोषित करना चाहिए। इस प्रयोजन के लिए, पत्ती की सतह पर विशेष संरचनाएँ होती हैं - रंध्र। जब वे खुलते हैं, तो CO2 पत्ती में प्रवेश करती है, पानी में घुल जाती है और प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के साथ प्रतिक्रिया करती है।

अधिकांश पौधों में प्रकाश चरण के दौरान, CO2 एक पांच-कार्बन कार्बनिक यौगिक (जो पांच कार्बन अणुओं की एक श्रृंखला है) से बंध जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तीन-कार्बन यौगिक (3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड) के दो अणु बनते हैं। क्योंकि प्राथमिक परिणाम वास्तव में ये तीन-कार्बन यौगिक हैं; इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण वाले पौधों को C3 पौधे कहा जाता है।

क्लोरोप्लास्ट में आगे का संश्लेषण काफी जटिल रूप से होता है। यह अंततः एक छह-कार्बन यौगिक बनाता है, जिससे बाद में ग्लूकोज, सुक्रोज या स्टार्च को संश्लेषित किया जा सकता है। इन कार्बनिक पदार्थों के रूप में पौधा ऊर्जा संचित करता है। इस मामले में, उनमें से केवल एक छोटा सा हिस्सा पत्ती में रहता है, जिसका उपयोग इसकी जरूरतों के लिए किया जाता है, जबकि शेष कार्बोहाइड्रेट पूरे पौधे में यात्रा करते हैं, जहां ऊर्जा की सबसे अधिक आवश्यकता होती है - उदाहरण के लिए, विकास बिंदुओं पर।

पौधे दो चरणों में सूर्य के प्रकाश को संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं: पहले, वे सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा ग्रहण करते हैं और फिर इसका उपयोग कार्बन को स्थिर करके कार्बनिक अणु बनाने में करते हैं।

हरे पौधे - जीवविज्ञानी इन्हें कहते हैं स्वपोषक- ग्रह पर जीवन का आधार. लगभग सभी खाद्य शृंखलाएँ पौधों से शुरू होती हैं। वे सूर्य के प्रकाश के रूप में उन पर पड़ने वाली ऊर्जा को कार्बोहाइड्रेट में संग्रहीत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं ( सेमी।जैविक अणु), जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण छह-कार्बन चीनी ग्लूकोज है। इस ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है। अन्य जीवित जीव पौधों को खाकर इस ऊर्जा तक पहुँचते हैं। यह एक खाद्य श्रृंखला बनाता है जो ग्रहीय पारिस्थितिकी तंत्र का समर्थन करता है।

इसके अलावा, जिस हवा में हम सांस लेते हैं वह प्रकाश संश्लेषण के कारण ऑक्सीजन से संतृप्त होती है। प्रकाश संश्लेषण का समग्र समीकरण इस प्रकार दिखता है:

जल + कार्बन डाइऑक्साइड + प्रकाश → कार्बोहाइड्रेट + ऑक्सीजन

पौधे श्वसन के दौरान उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और ऑक्सीजन छोड़ते हैं, जो पौधों का अपशिष्ट उत्पाद है ( सेमी।ग्लाइकोलाइसिस और श्वसन)। इसके अलावा, प्रकाश संश्लेषण प्रकृति में कार्बन चक्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

यह आश्चर्यजनक लगता है कि प्रकाश संश्लेषण के महत्व के बावजूद, वैज्ञानिकों ने इतने लंबे समय तक इसका अध्ययन शुरू नहीं किया। 17वीं शताब्दी में किए गए वैन हेलमोंट के प्रयोग के बाद, एक शांति आ गई और केवल 1905 में अंग्रेजी प्लांट फिजियोलॉजिस्ट फ्रेडरिक ब्लैकमैन (1866-1947) ने अनुसंधान किया और प्रकाश संश्लेषण की बुनियादी प्रक्रियाओं की स्थापना की। उन्होंने दिखाया कि प्रकाश संश्लेषण कम रोशनी में शुरू होता है, प्रकाश प्रवाह बढ़ने के साथ प्रकाश संश्लेषण की दर बढ़ जाती है, लेकिन, एक निश्चित स्तर से शुरू होने पर, प्रकाश में और वृद्धि से प्रकाश संश्लेषक गतिविधि में वृद्धि नहीं होती है। ब्लैकमैन ने दिखाया कि कम रोशनी की स्थिति में तापमान बढ़ने से प्रकाश संश्लेषण की दर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, लेकिन जब तापमान और प्रकाश को एक साथ बढ़ाया जाता है, तो अकेले प्रकाश में वृद्धि की तुलना में प्रकाश संश्लेषण की दर काफी अधिक बढ़ जाती है।

इन प्रयोगों से, ब्लैकमैन ने निष्कर्ष निकाला कि दो प्रक्रियाएँ घटित हो रही थीं: एक प्रकाश स्तर पर अत्यधिक निर्भर थी, लेकिन तापमान पर नहीं, जबकि दूसरी प्रकाश स्तर की परवाह किए बिना तापमान से अत्यधिक प्रभावित थी। इस अंतर्दृष्टि ने प्रकाश संश्लेषण के बारे में आधुनिक विचारों का आधार बनाया। दो प्रक्रियाओं को कभी-कभी "प्रकाश" और "अंधेरा" प्रतिक्रियाएं कहा जाता है, जो पूरी तरह से सही नहीं है, क्योंकि यह पता चला है कि यद्यपि "अंधेरे" चरण की प्रतिक्रियाएं प्रकाश की अनुपस्थिति में होती हैं, उन्हें "प्रकाश" के उत्पादों की आवश्यकता होती है। चरण।

प्रकाश संश्लेषण तब शुरू होता है जब सूर्य द्वारा उत्सर्जित फोटॉन पत्ती में पाए जाने वाले विशेष वर्णक अणुओं - अणुओं में प्रवेश करते हैं क्लोरोफिल. क्लोरोफिल पत्ती कोशिकाओं और कोशिकांगों की झिल्लियों में पाया जाता है क्लोरोप्लास्ट(वे ही हैं जो पत्ती को हरा रंग देते हैं)। ऊर्जा ग्रहण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं और इसे अणुओं के अलग-अलग समूहों में किया जाता है - इन समूहों को आमतौर पर कहा जाता है फोटोसिस्टम Iऔर फोटोसिस्टम II. क्लस्टर संख्याएं उस क्रम को दर्शाती हैं जिसमें इन प्रक्रियाओं की खोज की गई थी, और यह अजीब वैज्ञानिक विचित्रताओं में से एक है, क्योंकि पत्ती में फोटोसिस्टम II में प्रतिक्रियाएं पहले होती हैं, और उसके बाद ही फोटोसिस्टम I में होती हैं।

जब एक फोटॉन फोटोसिस्टम II के 250-400 अणुओं से टकराता है, तो ऊर्जा अचानक बढ़ जाती है और क्लोरोफिल अणु में स्थानांतरित हो जाती है। इस बिंदु पर, दो रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं: क्लोरोफिल अणु दो इलेक्ट्रॉन खो देता है (जिसे दूसरे अणु द्वारा स्वीकार किया जाता है, जिसे इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता कहा जाता है) और पानी का अणु विभाजित हो जाता है। दो हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन जो पानी के अणु का हिस्सा थे, क्लोरोफिल द्वारा खोए गए दो इलेक्ट्रॉनों की जगह लेते हैं।

इसके बाद, उच्च-ऊर्जा ("तेज़") इलेक्ट्रॉन को एक श्रृंखला में इकट्ठे आणविक वाहक द्वारा गर्म आलू की तरह एक दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है। इस मामले में, ऊर्जा का एक हिस्सा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) अणु के निर्माण में जाता है, जो कोशिका में मुख्य ऊर्जा वाहकों में से एक है ( सेमी।जैविक अणु)। इस बीच, थोड़ा अलग फोटोसिस्टम I क्लोरोफिल अणु फोटॉन की ऊर्जा को अवशोषित करता है और दूसरे स्वीकर्ता अणु को एक इलेक्ट्रॉन दान करता है। इस इलेक्ट्रॉन को क्लोरोफिल में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो फोटोसिस्टम II से वाहक श्रृंखला के साथ आया था। फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा और पानी के अणु के विभाजन के दौरान पहले बने हाइड्रोजन आयनों का उपयोग NADP-H, एक अन्य वाहक अणु बनाने के लिए किया जाता है।

प्रकाश ग्रहण की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, दो फोटॉनों की ऊर्जा कोशिका द्वारा प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए उपयोग किए जाने वाले अणुओं में संग्रहीत होती है, और एक अतिरिक्त ऑक्सीजन अणु बनता है। (मैं ध्यान देता हूं कि अकेले फोटोसिस्टम I से जुड़ी एक अन्य, बहुत कम कुशल प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, एटीपी अणु भी बनते हैं।) सौर ऊर्जा को अवशोषित और संग्रहीत करने के बाद, कार्बोहाइड्रेट के निर्माण की बारी आती है। पौधों में कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण के लिए बुनियादी तंत्र की खोज मेल्विन केल्विन ने की थी, जिन्होंने 1940 के दशक में प्रयोगों की एक श्रृंखला को अंजाम दिया था जो अब क्लासिक बन गए हैं। केल्विन और उनके सहयोगियों ने रेडियोधर्मी कार्बन-14 युक्त कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में शैवाल उगाए। वे विभिन्न चरणों में प्रकाश संश्लेषण को बाधित करके अंधेरे चरण की रासायनिक प्रतिक्रियाओं को स्थापित करने में सक्षम थे।

सौर ऊर्जा को कार्बोहाइड्रेट में बदलने का चक्र - तथाकथित केल्विन चक्र - क्रेब्स चक्र के समान है ( सेमी।ग्लाइकोलाइसिस और श्वसन: इसमें रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला भी शामिल है जो एक "सहायक" अणु के साथ आने वाले अणु के संयोजन से शुरू होती है, जिसके बाद अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाएं शुरू होती हैं। इन प्रतिक्रियाओं से अंतिम उत्पाद का निर्माण होता है और साथ ही "सहायक" अणु का पुनरुत्पादन होता है, और चक्र फिर से शुरू होता है। केल्विन चक्र में, ऐसे "सहायक" अणु की भूमिका पांच-कार्बन चीनी राइबुलोज डिफॉस्फेट (आरडीपी) द्वारा निभाई जाती है। केल्विन चक्र कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के आरडीपी के साथ संयोजन से शुरू होता है। एटीपी और एनएडीपी-एच के रूप में संग्रहीत सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा के कारण, पहले कार्बोहाइड्रेट बनाने के लिए कार्बन निर्धारण की रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, और फिर राइबुलोज डिफॉस्फेट के पुनर्निर्माण की प्रतिक्रियाएं होती हैं। चक्र के छह मोड़ों के दौरान, छह कार्बन परमाणु ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट के अग्रदूतों के अणुओं में शामिल हो जाते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का यह चक्र तब तक जारी रहेगा जब तक ऊर्जा की आपूर्ति होती रहेगी। इस चक्र की बदौलत सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा जीवित जीवों को उपलब्ध हो जाती है।

अधिकांश पौधों में, ऊपर वर्णित केल्विन चक्र होता है, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड, सीधे प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हुए, राइबुलोज डिफॉस्फेट से बंध जाता है। इन पौधों को सी 3 पौधे कहा जाता है क्योंकि कार्बन डाइऑक्साइड-राइबुलोज डाइफॉस्फेट कॉम्प्लेक्स दो छोटे अणुओं में टूट जाता है, जिनमें से प्रत्येक में तीन कार्बन परमाणु होते हैं। कुछ पौधे (जैसे मक्का और गन्ना, और रेंगने वाले खरपतवार सहित कई उष्णकटिबंधीय घास) अलग तरीके से काम करते हैं। तथ्य यह है कि कार्बन डाइऑक्साइड आमतौर पर शीट की सतह में छिद्रों के माध्यम से प्रवेश करती है, जिसे कहा जाता है रंध्र. उच्च तापमान पर, रंध्र बंद हो जाते हैं, जिससे पौधे को अत्यधिक नमी की हानि से बचाया जाता है। सी 3 पौधों में, जब रंध्र बंद हो जाते हैं, तो कार्बन डाइऑक्साइड की आपूर्ति भी बंद हो जाती है, जिससे प्रकाश संश्लेषण धीमा हो जाता है और प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं में बदलाव होता है। मकई के मामले में, कार्बन डाइऑक्साइड पत्ती की सतह पर तीन-कार्बन अणु से जुड़ जाता है, फिर पत्ती के अंदरूनी हिस्से में चला जाता है, जहां कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है और केल्विन चक्र शुरू होता है। इस जटिल प्रक्रिया के कारण, मकई में प्रकाश संश्लेषण बहुत गर्म, शुष्क मौसम में भी होता है। जिन पौधों में यह प्रक्रिया होती है उन्हें हम C 4 पौधे कहते हैं, क्योंकि चक्र की शुरुआत में कार्बन डाइऑक्साइड को चार-कार्बन अणु के रूप में ले जाया जाता है। सी 3-पौधे मुख्य रूप से समशीतोष्ण पौधे हैं, जबकि सी 4-पौधे मुख्य रूप से उष्णकटिबंधीय में पाए जाते हैं।

वान नील परिकल्पना

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा वर्णित किया गया है:

सीओ 2 + एच 2 ओ + प्रकाश → कार्बोहाइड्रेट + ओ 2

20वीं सदी की शुरुआत में, यह माना जाता था कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन कार्बन डाइऑक्साइड के टूटने के परिणामस्वरूप बनती है। इस दृष्टिकोण का 1930 के दशक में कॉर्नेलिस बर्नार्डस वान नील (1897-1986) द्वारा खंडन किया गया था, जो उस समय कैलिफोर्निया में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में स्नातक छात्र थे। उन्होंने बैंगनी सल्फर जीवाणु (चित्रित) का अध्ययन किया, जिसे प्रकाश संश्लेषण के लिए हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस) की आवश्यकता होती है और उप-उत्पाद के रूप में परमाणु सल्फर जारी करता है। ऐसे जीवाणुओं के लिए, प्रकाश संश्लेषण समीकरण इस प्रकार दिखता है:

सीओ 2 + एच 2 एस + प्रकाश → कार्बोहाइड्रेट + 2एस।

इन दोनों प्रक्रियाओं की समानता के आधार पर, वान नील ने सुझाव दिया कि सामान्य प्रकाश संश्लेषण में ऑक्सीजन का स्रोत कार्बन डाइऑक्साइड नहीं, बल्कि पानी है, क्योंकि सल्फर बैक्टीरिया में, जो ऑक्सीजन के बजाय सल्फर का चयापचय करते हैं, प्रकाश संश्लेषण इस सल्फर को वापस कर देता है, जो एक उप- प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं का उत्पाद। प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक विस्तृत व्याख्या इस अनुमान की पुष्टि करती है: प्रकाश संश्लेषक प्रक्रिया का पहला चरण (फोटोसिस्टम II में किया गया) पानी के अणु का विभाजन है।