प्लास्टिड तीन प्रकार के होते हैं:

• क्लोरोप्लास्ट- हरा, कार्य - प्रकाश संश्लेषण
• क्रोमोप्लास्ट- लाल और पीले, जीर्ण-शीर्ण क्लोरोप्लास्ट हैं, जो पंखुड़ियों और फलों को चमकीले रंग दे सकते हैं।
• ल्यूकोप्लास्ट- रंगहीन, कार्य - पदार्थों का भंडारण।

क्लोरोप्लास्ट की संरचना

दो झिल्लियों से ढका हुआ। बाहरी झिल्ली चिकनी होती है, भीतरी झिल्ली में अंदर की ओर वृद्धि होती है - थायलाकोइड्स। लघु थायलाकोइड्स के ढेर कहलाते हैं अनाज, वे यथासंभव अधिक से अधिक प्रकाश संश्लेषक एंजाइमों को समायोजित करने के लिए आंतरिक झिल्ली के क्षेत्र को बढ़ाते हैं।

क्लोरोप्लास्ट के आंतरिक वातावरण को स्ट्रोमा कहा जाता है। इसमें गोलाकार डीएनए और राइबोसोम होते हैं, जिसके कारण क्लोरोप्लास्ट स्वतंत्र रूप से अपने प्रोटीन का हिस्सा बनते हैं, यही कारण है कि उन्हें अर्ध-स्वायत्त अंगक कहा जाता है। (ऐसा माना जाता है कि प्लास्टिड पहले मुक्त बैक्टीरिया थे जो एक बड़ी कोशिका द्वारा अवशोषित होते थे, लेकिन पचते नहीं थे।)

प्रकाश संश्लेषण (सरल)

रोशनी में हरी पत्तियों में
क्लोरोप्लास्ट में क्लोरोफिल का उपयोग किया जाता है
कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से
ग्लूकोज और ऑक्सीजन का संश्लेषण होता है।

प्रकाश संश्लेषण (मध्यम कठिनाई)

1. प्रकाश चरण.
क्लोरोप्लास्ट के ग्रैना में प्रकाश में होता है। प्रकाश के प्रभाव में, पानी का अपघटन (फोटोलिसिस) होता है, जिससे ऑक्सीजन का उत्पादन होता है, जो निकलती है, साथ ही हाइड्रोजन परमाणु (एनएडीपी-एच) और एटीपी ऊर्जा भी होती है, जिसका उपयोग अगले चरण में किया जाता है।

2. अंधकार चरण.
क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में, प्रकाश और अंधेरे दोनों में होता है (प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है)। पर्यावरण से प्राप्त कार्बन डाइऑक्साइड और पिछले चरण में प्राप्त हाइड्रोजन परमाणुओं से, पिछले चरण में प्राप्त एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करके ग्लूकोज को संश्लेषित किया जाता है।

1. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया और उस चरण के बीच एक पत्राचार स्थापित करें जिसमें यह होता है: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखें।
ए) NADP-2H अणुओं का निर्माण
बी) ऑक्सीजन जारी करना
बी) मोनोसैकेराइड संश्लेषण
डी) एटीपी अणुओं का संश्लेषण
डी) कार्बोहाइड्रेट में कार्बन डाइऑक्साइड का योग

उत्तर

2. प्रकाश संश्लेषण की विशेषता और चरण के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखें।
ए) पानी का फोटोलिसिस
बी) कार्बन डाइऑक्साइड निर्धारण
बी) एटीपी अणुओं का विभाजन
डी) प्रकाश क्वांटा द्वारा क्लोरोफिल का उत्तेजना
डी) ग्लूकोज संश्लेषण

उत्तर

3. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया और उस चरण के बीच एक पत्राचार स्थापित करें जिसमें यह होता है: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखें।
ए) NADP*2H अणुओं का निर्माण
बी) ऑक्सीजन जारी करना
बी) ग्लूकोज संश्लेषण
डी) एटीपी अणुओं का संश्लेषण
डी) कार्बन डाइऑक्साइड की कमी

उत्तर

4. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रियाओं और चरण के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के अनुरूप क्रम में लिखें।
ए) ग्लूकोज का पोलीमराइजेशन
बी) कार्बन डाइऑक्साइड बाइंडिंग
बी) एटीपी संश्लेषण
डी) पानी का फोटोलिसिस
डी) हाइड्रोजन परमाणुओं का निर्माण
ई) ग्लूकोज संश्लेषण

उत्तर

5. प्रकाश संश्लेषण के चरणों और उनकी विशेषताओं के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के अनुरूप क्रम में लिखें।
ए) पानी का फोटोलिसिस होता है
बी) एटीपी बनता है
बी) वायुमंडल में ऑक्सीजन छोड़ी जाती है
डी) एटीपी ऊर्जा के व्यय के साथ आगे बढ़ता है
डी) प्रतिक्रियाएं प्रकाश और अंधेरे दोनों में हो सकती हैं

उत्तर

6 शनि. प्रकाश संश्लेषण के चरणों और उनकी विशेषताओं के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्रकाश, 2) अंधेरा। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के अनुरूप क्रम में लिखें।
ए) एनएडीपी+ की बहाली
बी) झिल्ली के पार हाइड्रोजन आयनों का परिवहन
बी) क्लोरोप्लास्ट के ग्रैना में होता है
डी) कार्बोहाइड्रेट अणुओं का संश्लेषण होता है
डी) क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं
ई) एटीपी ऊर्जा की खपत होती है

उत्तर

गठन 7:
ए) उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की गति
बी) NADP-2R का NADP+ में रूपांतरण

तालिका का विश्लेषण करें. सूची में दी गई अवधारणाओं और शब्दों का उपयोग करके तालिका के रिक्त कक्षों को भरें। प्रत्येक अक्षरयुक्त सेल के लिए, दी गई सूची से उचित शब्द का चयन करें।
1) थायलाकोइड झिल्ली
2) प्रकाश चरण
3) अकार्बनिक कार्बन का स्थिरीकरण
4) जल का प्रकाश संश्लेषण
5) अंधकार चरण
6) कोशिका कोशिका द्रव्य

उत्तर

"प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रियाएँ" तालिका का विश्लेषण करें। प्रत्येक अक्षर के लिए, दी गई सूची से संबंधित शब्द का चयन करें।
1) ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण
2) NADP-2H का ऑक्सीकरण
3) थायलाकोइड झिल्ली
4) ग्लाइकोलाइसिस
5) पेन्टोज़ में कार्बन डाइऑक्साइड का योग
6) ऑक्सीजन का निर्माण
7) राइबुलोज डाइफॉस्फेट और ग्लूकोज का निर्माण
8) 38 एटीपी का संश्लेषण

उत्तर

तीन विकल्प चुनें. प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की विशेषता है
1) क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्लियों पर प्रक्रियाओं का घटित होना
2) ग्लूकोज संश्लेषण
3) कार्बन डाइऑक्साइड का स्थिरीकरण
4) क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में प्रक्रियाओं का क्रम
5) जल के फोटोलिसिस की उपस्थिति
6) एटीपी का गठन

उत्तर

1. नीचे सूचीबद्ध विशेषताएं, दो को छोड़कर, चित्रित कोशिका अंग की संरचना और कार्यों का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाती हैं। सामान्य सूची से "बाहर हो जाने वाली" दो विशेषताओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।

2) एटीपी अणुओं को जमा करता है
3) प्रकाश संश्लेषण प्रदान करता है

5) अर्ध-स्वायत्तता है

उत्तर

2. नीचे सूचीबद्ध सभी विशेषताओं, दो को छोड़कर, का उपयोग चित्र में दिखाए गए सेल ऑर्गेनेल का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है। सामान्य सूची से "छोड़ दी गई" दो विशेषताओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) एकल-झिल्ली अंगक
2) क्रिस्टे और क्रोमेटिन से युक्त होता है
3) इसमें गोलाकार डीएनए होता है
4) अपने स्वयं के प्रोटीन का संश्लेषण करता है
5) विभाजन करने में सक्षम

उत्तर

दो को छोड़कर निम्नलिखित सभी विशेषताओं का उपयोग क्लोरोप्लास्ट की संरचना और कार्यों का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है। सामान्य सूची से "छोड़ दी गई" दो विशेषताओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) एक दोहरी झिल्ली वाला अंगक है
2) इसका अपना बंद डीएनए अणु है
3) एक अर्ध-स्वायत्त अंग है
4) धुरी बनाता है
5) सुक्रोज के साथ कोशिका रस से भरा हुआ

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। सेलुलर ऑर्गेनेल जिसमें डीएनए अणु होता है
1) राइबोसोम
2) क्लोरोप्लास्ट
3) कोशिका केंद्र
4) गोल्गी कॉम्प्लेक्स

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में हाइड्रोजन परमाणु किस पदार्थ के संश्लेषण में भाग लेते हैं?
1)एनएडीपी-2एच
2) ग्लूकोज
3)एटीपी
4) पानी

उत्तर

दो को छोड़कर निम्नलिखित सभी विशेषताओं का उपयोग प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की प्रक्रियाओं को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। सामान्य सूची से "छोड़ दी गई" दो विशेषताओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) पानी का फोटोलिसिस


4) आणविक ऑक्सीजन का निर्माण

उत्तर

पांच में से दो सही उत्तर चुनें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है। कोशिका में प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान
1) पानी के अणुओं के अपघटन के परिणामस्वरूप ऑक्सीजन का निर्माण होता है
2) कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से होता है
3) स्टार्च बनाने के लिए ग्लूकोज अणुओं का पोलीमराइजेशन होता है
4) एटीपी अणुओं का संश्लेषण होता है
5) एटीपी अणुओं की ऊर्जा कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण पर खर्च होती है

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। किस कोशिकांग में DNA होता है?
1) रिक्तिका
2) राइबोसोम
3) क्लोरोप्लास्ट
4) लाइसोसोम

उत्तर

संख्यात्मक नोटेशन का उपयोग करते हुए, प्रस्तावित सूची से गायब शब्दों को "एक पौधे में कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण" पाठ में डालें। चयनित संख्याओं को अक्षरों के अनुरूप क्रम में लिखें। पौधे अपने अस्तित्व के लिए आवश्यक ऊर्जा को कार्बनिक पदार्थों के रूप में संग्रहित करते हैं। इन पदार्थों का संश्लेषण __________ (ए) के दौरान होता है। यह प्रक्रिया पत्ती कोशिकाओं में __________ (बी) - विशेष हरे प्लास्टिड में होती है। इनमें एक विशेष हरा पदार्थ होता है - __________ (बी)। पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के अलावा कार्बनिक पदार्थों के निर्माण के लिए एक शर्त __________ (डी) है।
शर्तों की सूची:
1) श्वास
2) वाष्पीकरण
3) ल्यूकोप्लास्ट
4) भोजन
5) प्रकाश
6) प्रकाश संश्लेषण
7) क्लोरोप्लास्ट
8) क्लोरोफिल

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। कोशिकाओं में प्राथमिक ग्लूकोज संश्लेषण होता है
1) माइटोकॉन्ड्रिया
2) एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम
3) गोल्गी कॉम्प्लेक्स
4) क्लोरोप्लास्ट

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन अणुओं का निर्माण अणुओं के अपघटन के कारण होता है
1) कार्बन डाइऑक्साइड
2) ग्लूकोज
3)एटीपी
4) पानी

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। क्या प्रकाश संश्लेषण के बारे में निम्नलिखित कथन सही हैं? ए) प्रकाश चरण में, प्रकाश की ऊर्जा ग्लूकोज के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। बी) डार्क चरण प्रतिक्रियाएं थायलाकोइड झिल्ली पर होती हैं, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड अणु प्रवेश करते हैं।
1) केवल A सही है
2) केवल B सही है
3) दोनों निर्णय सही हैं
4) दोनों निर्णय गलत हैं

उत्तर

1. प्रकाश संश्लेषण के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं का सही क्रम स्थापित करें। तालिका में उन संख्याओं को लिखिए जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1)कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग
2) ऑक्सीजन का निर्माण
3) कार्बोहाइड्रेट संश्लेषण
4) एटीपी अणुओं का संश्लेषण
5) क्लोरोफिल का उत्तेजना

उत्तर

2. प्रकाश संश्लेषण प्रक्रियाओं का सही क्रम स्थापित करें।
1)सौर ऊर्जा का एटीपी ऊर्जा में रूपांतरण
2) क्लोरोफिल के उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों का निर्माण
3) कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण
4) स्टार्च का निर्माण
5) एटीपी ऊर्जा का ग्लूकोज ऊर्जा में रूपांतरण

उत्तर

3. प्रकाश संश्लेषण के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं का क्रम स्थापित करें। संख्याओं का संगत क्रम लिखिए।

2) एटीपी टूटना और ऊर्जा रिलीज
3) ग्लूकोज संश्लेषण
4) एटीपी अणुओं का संश्लेषण
5) क्लोरोफिल की उत्तेजना

उत्तर

क्लोरोप्लास्ट की संरचना और कार्यों की तीन विशेषताओं का चयन करें
1) आंतरिक झिल्लियाँ क्राइस्टे बनाती हैं
2) अनाजों में अनेक अभिक्रियाएँ होती हैं
3) इनमें ग्लूकोज संश्लेषण होता है
4) लिपिड संश्लेषण का स्थल हैं
5) दो अलग-अलग कणों से मिलकर बना है
6) डबल-झिल्ली अंगक

उत्तर

सामान्य सूची से तीन सत्य कथनों की पहचान करें, और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें तालिका में दर्शाया गया है। प्रकाश चरण के दौरान प्रकाश संश्लेषण होता है
1) पानी का फोटोलिसिस
2) कार्बन डाइऑक्साइड का ग्लूकोज में अपचयन
3) सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके एटीपी अणुओं का संश्लेषण
4) NADP+ ट्रांसपोर्टर के साथ हाइड्रोजन कनेक्शन
5) कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण के लिए एटीपी अणुओं की ऊर्जा का उपयोग

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण का वर्णन करने के लिए नीचे सूचीबद्ध दो को छोड़कर सभी विशेषताओं का उपयोग किया जा सकता है। सामान्य सूची से "छोड़ दी गई" दो विशेषताओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) एक उप-उत्पाद बनता है - ऑक्सीजन
2) क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है
3) कार्बन डाइऑक्साइड का बंधन
4) एटीपी संश्लेषण
5) जल का प्रकाश अपघटन

उत्तर

सबसे सही विकल्प में से एक चुनें। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को जीवमंडल में कार्बन चक्र की महत्वपूर्ण कड़ियों में से एक माना जाना चाहिए, क्योंकि इसके दौरान
1) पौधे निर्जीव प्रकृति से कार्बन को जीवित पदार्थ में अवशोषित करते हैं
2) पौधे वायुमंडल में ऑक्सीजन छोड़ते हैं
3) श्वसन के दौरान जीव कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं
4) औद्योगिक उत्पादन वातावरण को कार्बन डाइऑक्साइड से भर देता है

उत्तर

प्रक्रिया के चरणों और प्रक्रियाओं के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) प्रकाश संश्लेषण, 2) प्रोटीन जैवसंश्लेषण। संख्या 1 और 2 को सही क्रम में लिखें।
ए) मुक्त ऑक्सीजन जारी करना
बी) अमीनो एसिड के बीच पेप्टाइड बांड का गठन
बी) डीएनए पर एमआरएनए का संश्लेषण
डी) अनुवाद प्रक्रिया
डी) कार्बोहाइड्रेट की बहाली
ई) NADP+ का NADP 2H में रूपांतरण

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में शामिल कोशिकांगों और उनकी संरचनाओं का चयन करें।
1) लाइसोसोम
2) क्लोरोप्लास्ट
3) थायलाकोइड्स
4) अनाज
5) रिक्तिकाएँ
6) राइबोसोम

उत्तर

प्लास्टिड्स का वर्णन करने के लिए, दो को छोड़कर, निम्नलिखित शब्दों का उपयोग किया जाता है। सामान्य सूची से "छोड़ दिए गए" दो शब्दों की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें तालिका में दर्शाया गया है।
1) वर्णक
2) ग्लाइकोकैलिक्स
3) ग्रैना
4) क्रिस्टा
5) थायलाकोइड

उत्तर

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए निम्नलिखित में से दो को छोड़कर सभी विशेषताओं का उपयोग किया जा सकता है। सामान्य सूची से "छोड़ दी गई" दो विशेषताओं की पहचान करें, और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें आपके उत्तर में दर्शाया गया है।
1) प्रक्रिया को पूरा करने के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।
2) यह प्रक्रिया एंजाइमों की उपस्थिति में होती है।
3) प्रक्रिया में केंद्रीय भूमिका क्लोरोफिल अणु की होती है।
4) यह प्रक्रिया ग्लूकोज अणु के टूटने के साथ होती है।
5) यह प्रक्रिया प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में नहीं हो सकती।

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का वर्णन करने के लिए, दो को छोड़कर, निम्नलिखित अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। सामान्य सूची से "बाहर" होने वाली दो अवधारणाओं की पहचान करें और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण
2) फोटोलिसिस
3) NADP 2H का ऑक्सीकरण
4) ग्रैना
5) स्ट्रोमा

उत्तर

नीचे सूचीबद्ध विशेषताएं, दो को छोड़कर, चित्रित कोशिका अंग की संरचना और कार्यों का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाती हैं। दो विशेषताओं की पहचान करें जो सामान्य सूची से "बाहर हो जाती हैं" और उन संख्याओं को लिखें जिनके अंतर्गत उन्हें दर्शाया गया है।
1) बायोपॉलिमर को मोनोमर्स में तोड़ता है
2) एटीपी अणुओं को जमा करता है
3) प्रकाश संश्लेषण प्रदान करता है
4) डबल-झिल्ली ऑर्गेनेल को संदर्भित करता है
5) अर्ध-स्वायत्तता है

उत्तर

क्लोरोप्लास्ट में प्रक्रियाओं और उनके स्थानीयकरण के बीच एक पत्राचार स्थापित करें: 1) स्ट्रोमा, 2) थायलाकोइड। संख्या 1 और 2 को अक्षरों के अनुरूप क्रम में लिखें।
ए) एटीपी का उपयोग
बी) पानी का फोटोलिसिस
बी) क्लोरोफिल की उत्तेजना
डी) पेन्टोज़ का निर्माण
डी) एंजाइम श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

उत्तर

© डी.वी. पॉज़्डन्याकोव, 2009-2019

क्या आपने कभी सोचा है कि ग्रह पर कितने जीवित जीव हैं?! और आख़िरकार, उन सभी को ऊर्जा उत्पन्न करने और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ने के लिए ऑक्सीजन लेने की ज़रूरत होती है। कमरे में भरापन जैसी घटना का यही मुख्य कारण है। ऐसा तब होता है जब उसमें बहुत सारे लोग होते हैं और कमरा लंबे समय तक हवादार नहीं होता है। इसके अलावा, उत्पादन सुविधाएं, निजी ऑटोमोबाइल और सार्वजनिक परिवहन हवा को जहरीले पदार्थों से भर देते हैं।

उपरोक्त को ध्यान में रखते हुए, एक पूरी तरह से तार्किक प्रश्न उठता है: यदि सभी जीवित चीजें जहरीली कार्बन डाइऑक्साइड का स्रोत हैं, तो हमारा अभी तक दम कैसे नहीं घुटा? इस स्थिति में सभी जीवित प्राणियों का रक्षक प्रकाश संश्लेषण है। यह प्रक्रिया क्या है और यह क्यों आवश्यक है?

इसका परिणाम कार्बन डाइऑक्साइड के संतुलन और ऑक्सीजन के साथ हवा की संतृप्ति का विनियमन है। यह प्रक्रिया केवल वनस्पतियों की दुनिया के प्रतिनिधियों, यानी पौधों को ही पता है, क्योंकि यह केवल उनकी कोशिकाओं में होती है।

प्रकाश संश्लेषण स्वयं एक अत्यंत जटिल प्रक्रिया है, जो कुछ स्थितियों पर निर्भर करती है और कई चरणों में होती है।

अवधारणा की परिभाषा

वैज्ञानिक परिभाषा के अनुसार, सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने से स्वपोषी जीवों में कोशिकीय स्तर पर वे कार्बनिक में परिवर्तित हो जाते हैं।

अधिक समझने योग्य शब्दों में, प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें निम्नलिखित होता है:

1. पौधा नमी से भरपूर है। नमी का स्रोत मिट्टी का पानी या आर्द्र उष्णकटिबंधीय हवा हो सकता है।
2. सौर ऊर्जा के प्रभाव से क्लोरोफिल (पौधे में पाया जाने वाला एक विशेष पदार्थ) की प्रतिक्रिया होती है।
3. वनस्पतियों के प्रतिनिधियों के लिए आवश्यक भोजन का निर्माण, जिसे वे विषमपोषी तरीके से स्वयं प्राप्त करने में सक्षम नहीं हैं, लेकिन वे स्वयं इसके उत्पादक हैं। दूसरे शब्दों में, पौधे वही खाते हैं जो वे स्वयं पैदा करते हैं। यह प्रकाश संश्लेषण का परिणाम है।

पहला चरण

लगभग हर पौधे में एक हरा पदार्थ होता है जो उसे प्रकाश को अवशोषित करने की अनुमति देता है। यह पदार्थ क्लोरोफिल से अधिक कुछ नहीं है। इसका स्थान क्लोरोप्लास्ट है। लेकिन क्लोरोप्लास्ट पौधे के तने वाले भाग और उसके फलों में स्थित होते हैं। लेकिन पत्ती प्रकाश संश्लेषण प्रकृति में विशेष रूप से व्यापक है। चूँकि उत्तरार्द्ध संरचना में काफी सरल है और इसकी सतह अपेक्षाकृत बड़ी है, जिसका अर्थ है कि उद्धारक प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा बहुत अधिक होगी।

जब प्रकाश क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो क्लोरोफिल उत्तेजना की स्थिति में होता है और अपने ऊर्जा संदेशों को पौधे के अन्य कार्बनिक अणुओं तक पहुंचाता है। ऐसी ऊर्जा की सबसे बड़ी मात्रा प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में भाग लेने वालों को जाती है।

चरण दो

दूसरे चरण में प्रकाश संश्लेषण के निर्माण में प्रकाश की भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है। इसमें हवा और पानी से बनने वाली जहरीली कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करके रासायनिक बंधन बनाना शामिल है। इसमें कई पदार्थों का संश्लेषण भी होता है जो वनस्पतियों के प्रतिनिधियों की महत्वपूर्ण गतिविधि सुनिश्चित करते हैं। ये स्टार्च और ग्लूकोज हैं।

पौधों में, ऐसे कार्बनिक तत्व पौधे के अलग-अलग हिस्सों के लिए पोषण के स्रोत के रूप में कार्य करते हैं, साथ ही महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करते हैं। ऐसे पदार्थ पौधों को खाने वाले जीव-जंतुओं के प्रतिनिधियों द्वारा भी प्राप्त किए जाते हैं। मानव शरीर भोजन के माध्यम से इन पदार्थों से संतृप्त होता है, जो दैनिक आहार में शामिल होता है।

क्या? कहाँ? कब?

कार्बनिक पदार्थों को जैविक बनाने के लिए प्रकाश संश्लेषण के लिए उचित परिस्थितियाँ प्रदान की जानी चाहिए। विचाराधीन प्रक्रिया के लिए सबसे पहले प्रकाश की आवश्यकता होती है। हम कृत्रिम और सूरज की रोशनी दोनों के बारे में बात कर रहे हैं। प्रकृति में, पौधों की गतिविधि आमतौर पर वसंत और गर्मियों में तीव्रता की विशेषता होती है, अर्थात, जब बड़ी मात्रा में सौर ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पतझड़ के मौसम के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता, जब रोशनी कम होती जा रही है, दिन छोटे होते जा रहे हैं। परिणामस्वरूप, पत्तियां पीली हो जाती हैं और फिर पूरी तरह से झड़ जाती हैं। लेकिन जैसे ही सूरज की पहली वसंत किरणें चमकेंगी, हरी घास उग आएगी, क्लोरोफिल तुरंत अपनी गतिविधि फिर से शुरू कर देंगे, और ऑक्सीजन और अन्य पोषक तत्वों का सक्रिय उत्पादन शुरू हो जाएगा जो प्रकृति में महत्वपूर्ण हैं।

प्रकाश संश्लेषण की शर्तों में केवल प्रकाश की उपलब्धता ही शामिल नहीं है। पर्याप्त नमी भी होनी चाहिए. आखिरकार, पौधा पहले नमी को अवशोषित करता है, और फिर सौर ऊर्जा की भागीदारी के साथ प्रतिक्रिया शुरू होती है। इस प्रक्रिया का परिणाम पादप भोजन है।

हरे पदार्थ की उपस्थिति में ही प्रकाश संश्लेषण होता है। हम पहले ही ऊपर बता चुके हैं। वे प्रकाश या सौर ऊर्जा और पौधे के बीच एक प्रकार के संवाहक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे उनके जीवन और गतिविधि का उचित क्रम सुनिश्चित होता है। हरे पदार्थों में बहुत अधिक मात्रा में सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता होती है।

ऑक्सीजन भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया सफल होने के लिए पौधों को इसकी बहुत आवश्यकता होती है, क्योंकि इसमें केवल 0.03% कार्बोनिक एसिड होता है। इसका मतलब है कि 20,000 m3 वायु से आप 6 m3 अम्ल प्राप्त कर सकते हैं। यह बाद वाला पदार्थ है जो ग्लूकोज के लिए मुख्य स्रोत सामग्री है, जो बदले में जीवन के लिए आवश्यक पदार्थ है।

प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं। पहले को प्रकाश कहा जाता है, दूसरे को अंधेरा।

प्रकाश चरण की क्रियाविधि क्या है?

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था का दूसरा नाम है - प्रकाश रासायनिक। इस चरण में मुख्य प्रतिभागी हैं:

• सूर्य की ऊर्जा;
• विभिन्न रंगद्रव्य.

पहले घटक से सब कुछ स्पष्ट है, वह है सूर्य का प्रकाश। लेकिन हर कोई नहीं जानता कि रंगद्रव्य क्या होते हैं। वे हरे, पीले, लाल या नीले रंग में आते हैं। हरे वाले में क्रमशः "ए" और "बी" समूह के क्लोरोफिल शामिल हैं, पीले और लाल/नीले वाले में क्रमशः फ़ाइकोबिलिन शामिल हैं। प्रक्रिया के इस चरण में भाग लेने वालों में से केवल क्लोरोफिल "ए" फोटोकैमिकल गतिविधि प्रदर्शित करते हैं। बाकी एक पूरक भूमिका निभाते हैं, जिसका सार प्रकाश क्वांटा का संग्रह और फोटोकैमिकल केंद्र तक उनका परिवहन है।

चूंकि क्लोरोफिल एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर सौर ऊर्जा को कुशलतापूर्वक अवशोषित करने की क्षमता से संपन्न है, इसलिए निम्नलिखित फोटोकैमिकल प्रणालियों की पहचान की गई है:

फोटोकैमिकल केंद्र 1 (समूह "ए" के हरे पदार्थ) - संरचना में वर्णक 700 शामिल है, जो लगभग 700 एनएम की लंबाई के साथ प्रकाश किरणों को अवशोषित करता है। यह वर्णक प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों के निर्माण में मौलिक भूमिका निभाता है।

फोटोकैमिकल केंद्र 2 (समूह "बी" के हरे पदार्थ) - संरचना में वर्णक 680 शामिल है, जो 680 एनएम की लंबाई के साथ प्रकाश किरणों को अवशोषित करता है। यह एक सहायक भूमिका निभाता है, जिसमें फोटोकैमिकल केंद्र 1 द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों को फिर से भरने का कार्य शामिल है। तरल के हाइड्रोलिसिस के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

पिगमेंट के 350-400 अणुओं के लिए जो फोटोसिस्टम 1 और 2 में प्रकाश प्रवाह को केंद्रित करते हैं, पिगमेंट का केवल एक अणु होता है जो फोटोकैमिक रूप से सक्रिय होता है - समूह "ए" का क्लोरोफिल।

क्या हो रहा है?

1. पौधे द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा उसमें मौजूद वर्णक 700 को प्रभावित करती है, जो सामान्य अवस्था से उत्तेजित अवस्था में बदल जाती है। वर्णक एक इलेक्ट्रॉन खो देता है, जिसके परिणामस्वरूप एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन छिद्र बनता है। इसके बाद, वर्णक अणु जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है, वह इसके स्वीकर्ता के रूप में कार्य कर सकता है, अर्थात, वह पक्ष जो इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है, और अपने आकार में लौट आता है।

2. फोटोसिस्टम के प्रकाश-अवशोषित वर्णक 680 के फोटोकैमिकल केंद्र में तरल के अपघटन की प्रक्रिया 2. पानी के अपघटन के दौरान, इलेक्ट्रॉन बनते हैं, जिन्हें प्रारंभ में साइटोक्रोम C550 जैसे पदार्थ द्वारा स्वीकार किया जाता है और अक्षर द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है Q. फिर, साइटोक्रोम से, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रवेश करते हैं और इलेक्ट्रॉन छेद को भरने के लिए फोटोकैमिकल केंद्र 1 में ले जाया जाता है, जो प्रकाश क्वांटा के प्रवेश और वर्णक 700 की कमी प्रक्रिया का परिणाम था।

ऐसे मामले होते हैं जब ऐसा अणु पिछले वाले के समान एक इलेक्ट्रॉन वापस प्राप्त करता है। इसके परिणामस्वरूप ऊष्मा के रूप में प्रकाश ऊर्जा निकलेगी। लेकिन लगभग हमेशा, नकारात्मक चार्ज वाला एक इलेक्ट्रॉन विशेष लौह-सल्फर प्रोटीन के साथ जुड़ता है और एक श्रृंखला के साथ वर्णक 700 में स्थानांतरित हो जाता है या वाहक की दूसरी श्रृंखला में समाप्त हो जाता है और एक स्थायी स्वीकर्ता के साथ फिर से जुड़ जाता है।

पहले विकल्प में, बंद प्रकार का चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन होता है, दूसरे में - गैर-चक्रीय।

दोनों प्रक्रियाएं प्रकाश संश्लेषण के पहले चरण में इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्टरों की एक ही श्रृंखला द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के साथ, प्रारंभिक और एक ही समय में परिवहन का अंतिम बिंदु क्लोरोफिल होता है, जबकि गैर-चक्रीय परिवहन में समूह "बी" के हरे पदार्थ का क्लोरोफिल "ए" में संक्रमण शामिल होता है।

चक्रीय परिवहन की विशेषताएं

चक्रीय फास्फारिलीकरण को प्रकाश संश्लेषक भी कहा जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एटीपी अणु बनते हैं। यह परिवहन कई क्रमिक चरणों के माध्यम से उत्तेजित अवस्था में वर्णक 700 में इलेक्ट्रॉनों की वापसी पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा जारी होती है, जो फॉस्फेट में आगे संचय के उद्देश्य से फॉस्फोराइलेटिंग एंजाइम प्रणाली के काम में भाग लेती है। एटीपी के बंधन. अर्थात् ऊर्जा का क्षय नहीं होता।

चक्रीय फॉस्फोराइलेशन प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक प्रतिक्रिया है, जो सौर ऊर्जा के उपयोग के माध्यम से क्लोरोप्लास्ट थाइलेक्टोइड्स की झिल्ली सतहों पर रासायनिक ऊर्जा उत्पन्न करने की तकनीक पर आधारित है।

प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण के बिना, आत्मसात प्रतिक्रियाएं असंभव हैं।

गैर-चक्रीय परिवहन की बारीकियाँ

इस प्रक्रिया में NADP+ को कम करना और NADP*H का निर्माण शामिल है। यह तंत्र फेर्रेडॉक्सिन में एक इलेक्ट्रॉन के स्थानांतरण, इसकी कमी प्रतिक्रिया और बाद में एनएडीपी+ में संक्रमण के साथ एनएडीपी*एच में और कमी पर आधारित है।

परिणामस्वरूप, वर्णक 700 द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों को पानी के इलेक्ट्रॉनों के कारण पुनः प्राप्त किया जाता है, जो फोटोसिस्टम 2 में प्रकाश किरणों के तहत विघटित होते हैं।

इलेक्ट्रॉनों का गैर-चक्रीय पथ, जिसके पाठ्यक्रम में प्रकाश प्रकाश संश्लेषण भी शामिल होता है, दोनों फोटोसिस्टमों की एक दूसरे के साथ बातचीत के माध्यम से, उनकी इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं को जोड़कर किया जाता है। प्रकाश ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को वापस निर्देशित करती है। जब फोटोकैमिकल केंद्र 1 से केंद्र 2 तक ले जाया जाता है, तो थाइलेक्टोइड्स की झिल्ली सतह पर प्रोटॉन क्षमता के रूप में संचय के कारण इलेक्ट्रॉन अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा खो देते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एक प्रोटॉन-प्रकार की क्षमता बनाने की प्रक्रिया और क्लोरोप्लास्ट में एटीपी के गठन के लिए इसका संचालन माइटोकॉन्ड्रिया में उसी प्रक्रिया के लगभग पूरी तरह से समान है। लेकिन सुविधाएं अभी भी मौजूद हैं. इस स्थिति में, थाइलेक्टोइड्स माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं जो अंदर की ओर मुड़ जाते हैं। यह मुख्य कारण है कि माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में परिवहन के प्रवाह के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन झिल्ली के माध्यम से विपरीत दिशा में चलते हैं। इलेक्ट्रॉनों को बाहर की ओर ले जाया जाता है, और प्रोटॉन थाइलैक्टोइड मैट्रिक्स के अंदर जमा होते हैं। उत्तरार्द्ध केवल एक सकारात्मक चार्ज स्वीकार करता है, जबकि थाइलेक्टॉइड की बाहरी झिल्ली एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि माइटोकॉन्ड्रिया में प्रोटॉन ग्रेडिएंट मार्ग अपने मार्ग के विपरीत है।

अगली विशेषता प्रोटॉन क्षमता में उच्च पीएच स्तर है।

तीसरी विशेषता थाइलैक्टॉइड श्रृंखला में केवल दो संयुग्मन स्थलों की उपस्थिति है और परिणामस्वरूप, एटीपी अणु और प्रोटॉन का अनुपात 1:3 है।

निष्कर्ष

पहले चरण में, प्रकाश संश्लेषण पौधे के साथ प्रकाश ऊर्जा (कृत्रिम और गैर-कृत्रिम) की परस्पर क्रिया है। हरे पदार्थ - क्लोरोफिल, जिनमें से अधिकांश पत्तियों में पाए जाते हैं - किरणों पर प्रतिक्रिया करते हैं।

एटीपी और एनएडीपी*एच का निर्माण ऐसी प्रतिक्रिया का परिणाम है। डार्क रिएक्शन होने के लिए ये उत्पाद आवश्यक हैं। नतीजतन, प्रकाश चरण एक अनिवार्य प्रक्रिया है, जिसके बिना दूसरा चरण, अंधेरा चरण, नहीं होगा।

डार्क स्टेज: सार और विशेषताएं

डार्क प्रकाश संश्लेषण और इसकी प्रतिक्रियाएं कार्बोहाइड्रेट का उत्पादन करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक मूल के पदार्थों में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है। ऐसी प्रतिक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती हैं और प्रकाश संश्लेषण के पहले चरण के उत्पाद - प्रकाश - उनमें सक्रिय भाग लेते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का तंत्र आत्मसात की प्रक्रिया (जिसे फोटोकैमिकल कार्बोक्सिलेशन, केल्विन चक्र भी कहा जाता है) पर आधारित है, जो चक्रीयता की विशेषता है। तीन चरणों से मिलकर बनता है:

1. कार्बोक्सिलेशन - CO2 का योग।
2. पुनर्प्राप्ति चरण.
3. राइबुलोज डिफॉस्फेट पुनर्जनन चरण।

रिबुलोफॉस्फेट - पांच कार्बन परमाणुओं वाली एक चीनी - एटीपी द्वारा फॉस्फोराइलेशन के अधीन है, जिसके परिणामस्वरूप राइबुलोज डिपोस्फेट का निर्माण होता है, जो सीओ 2 के साथ छह कार्बन वाले एक उत्पाद के संयोजन से आगे कार्बोक्सिलेटेड होता है, जो पानी के अणु के साथ बातचीत करते समय तुरंत विघटित हो जाता है, जिससे बनता है फॉस्फोग्लिसरिक एसिड के दो आणविक कण। फिर यह एसिड एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया के दौरान पूर्ण कमी के दौर से गुजरता है, जिसके लिए तीन कार्बन - तीन-कार्बन चीनी, ट्रायोज़ या फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड के साथ एक चीनी बनाने के लिए एटीपी और एनएडीपी की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। जब दो ऐसे ट्राइओज़ संघनित होते हैं, तो एक हेक्सोज़ अणु प्राप्त होता है, जो स्टार्च अणु का एक अभिन्न अंग बन सकता है और रिजर्व में संग्रहीत किया जा सकता है।

यह चरण सीओ 2 के एक अणु के अवशोषण के साथ समाप्त होता है और प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान एटीपी के तीन अणुओं और चार एच परमाणुओं का उपयोग पेंटोस फॉस्फेट चक्र की प्रतिक्रियाओं के लिए उत्तरदायी होता है, जिसके परिणामस्वरूप राइबुलोज फॉस्फेट का पुनर्जनन होता है। , जो कार्बन एसिड के दूसरे अणु के साथ पुनः संयोजित हो सकता है।

कार्बोक्सिलेशन, कमी और पुनर्जनन की प्रतिक्रियाओं को विशेष रूप से उस कोशिका के लिए विशिष्ट नहीं कहा जा सकता जिसमें प्रकाश संश्लेषण होता है। यह कहना भी असंभव है कि प्रक्रियाओं का "समान" पाठ्यक्रम क्या है, क्योंकि एक अंतर अभी भी मौजूद है - कमी प्रक्रिया के दौरान, NADP*H का उपयोग किया जाता है, NAD*H का नहीं।

राइबुलोज डाइफॉस्फेट द्वारा CO2 का योग राइबुलोज डाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होता है। प्रतिक्रिया उत्पाद 3-फॉस्फोग्लिसरेट है, जो एनएडीपी * एच 2 और एटीपी द्वारा ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट में कम हो जाता है। कमी की प्रक्रिया ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। उत्तरार्द्ध आसानी से डायहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट में परिवर्तित हो जाता है। फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट बनता है। इसके अणुओं का एक भाग चक्र को बंद करते हुए राइबुलोज डिफॉस्फेट की पुनर्जनन प्रक्रिया में भाग लेता है, और दूसरे भाग का उपयोग प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट का भंडार बनाने के लिए किया जाता है, अर्थात कार्बोहाइड्रेट का प्रकाश संश्लेषण होता है।

प्रकाश ऊर्जा कार्बनिक मूल के पदार्थों के फास्फारिलीकरण और संश्लेषण के लिए आवश्यक है, और कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के लिए आवश्यक है। यही कारण है कि वनस्पति जानवरों और अन्य जीवों के लिए जीवन प्रदान करती है जिन्हें हेटरोट्रॉफ़िक के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

पादप कोशिका में प्रकाश संश्लेषण इस प्रकार होता है। इसका उत्पाद वनस्पति जगत के प्रतिनिधियों के कई पदार्थों के कार्बन कंकालों के निर्माण के लिए आवश्यक कार्बोहाइड्रेट है, जो कार्बनिक मूल के हैं।

कार्बनिक नाइट्रोजन प्रकार के पदार्थ अकार्बनिक नाइट्रेट को कम करके प्रकाश संश्लेषक जीवों में अवशोषित होते हैं, और सल्फर को सल्फेट्स को अमीनो एसिड के सल्फहाइड्रील समूहों में कम करके अवशोषित किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, लिपिड, कार्बोहाइड्रेट और सहकारकों का निर्माण सुनिश्चित करता है। इस बात पर पहले ही जोर दिया जा चुका है कि पदार्थों का यह "वर्गीकरण" पौधों के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन द्वितीयक संश्लेषण के उत्पादों के बारे में एक शब्द भी नहीं कहा गया है, जो मूल्यवान औषधीय पदार्थ हैं (फ्लेवोनोइड्स, एल्कलॉइड्स, टेरपेन्स, पॉलीफेनोल्स, स्टेरॉयड, कार्बनिक अम्ल और) अन्य)। इसलिए, अतिशयोक्ति के बिना हम कह सकते हैं कि प्रकाश संश्लेषण पौधों, जानवरों और लोगों के जीवन की कुंजी है।

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 ग्रेना 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 बातचीत करते समय, प्राकृतिक चीनी (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।

कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में सूर्य की दीप्तिमान ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया। सौर ऊर्जा प्राप्त करने और इसे हमारे ग्रह पर जीवन के लिए उपयोग करने का यही एकमात्र तरीका है।

सौर ऊर्जा का संग्रहण और परिवर्तन विभिन्न प्रकार के प्रकाश संश्लेषक जीवों (फोटोऑटोट्रॉफ़्स) द्वारा किया जाता है। इनमें बहुकोशिकीय जीव (उच्च हरे पौधे और उनके निचले रूप - हरे, भूरे और लाल शैवाल) और एककोशिकीय जीव (यूग्लीना, डाइनोफ्लैगलेट्स और डायटम) शामिल हैं। प्रकाश संश्लेषक जीवों का एक बड़ा समूह प्रोकैरियोट्स है - नीला-हरा शैवाल, हरा और बैंगनी बैक्टीरिया। पृथ्वी पर प्रकाश संश्लेषण का लगभग आधा कार्य उच्च हरे पौधों द्वारा किया जाता है, और शेष आधा मुख्य रूप से एककोशिकीय शैवाल द्वारा किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में पहला विचार 17वीं शताब्दी में बना। इसके बाद, जैसे ही नया डेटा उपलब्ध हुआ, ये विचार कई बार बदले। [दिखाओ] .

प्रकाश संश्लेषण के बारे में विचारों का विकास

प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन 1630 में शुरू हुआ, जब वैन हेल्मोंट ने दिखाया कि पौधे स्वयं कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं और उन्हें मिट्टी से प्राप्त नहीं करते हैं। मिट्टी के बर्तन जिसमें विलो उगता था और पेड़ का वजन करके, उन्होंने दिखाया कि 5 वर्षों के दौरान पेड़ का द्रव्यमान 74 किलोग्राम बढ़ गया, जबकि मिट्टी में केवल 57 ग्राम की कमी हुई, जिससे पौधे को प्राप्त हुआ उसका बाकी भोजन उस पानी से मिलता है जिसका उपयोग पेड़ को पानी देने के लिए किया जाता था। अब हम जानते हैं कि संश्लेषण के लिए मुख्य सामग्री कार्बन डाइऑक्साइड है, जो पौधे द्वारा हवा से निकाली जाती है।

1772 में, जोसेफ प्रीस्टली ने दिखाया कि पुदीने के अंकुर ने जलती हुई मोमबत्ती से "दागी हुई" हवा को "सही" कर दिया। सात साल बाद, जान इंगेनहुइस ने पता लगाया कि पौधे केवल प्रकाश में रहकर खराब हवा को "सही" कर सकते हैं, और पौधों की हवा को "सही" करने की क्षमता दिन की स्पष्टता और पौधों के प्रकाश में रहने की अवधि के समानुपाती होती है। सूरज। अंधेरे में, पौधे हवा उत्सर्जित करते हैं जो "जानवरों के लिए हानिकारक" है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में ज्ञान के विकास में अगला महत्वपूर्ण कदम 1804 में किए गए सॉसर के प्रयोग थे। प्रकाश संश्लेषण से पहले और बाद में हवा और पौधों का वजन करके, सॉसर ने पाया कि पौधे के शुष्क द्रव्यमान में वृद्धि हवा से अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड के द्रव्यमान से अधिक थी। सॉसर ने निष्कर्ष निकाला कि द्रव्यमान में वृद्धि में शामिल एक अन्य पदार्थ पानी था। इस प्रकार, 160 वर्ष पहले प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया की कल्पना इस प्रकार की गई थी:

एच 2 ओ + सीओ 2 + एचवी -> सी 6 एच 12 ओ 6 + ओ 2

जल + कार्बन डाइऑक्साइड + सौर ऊर्जा ----> कार्बनिक पदार्थ + ऑक्सीजन

इंगेनह्यूज़ ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश की भूमिका कार्बन डाइऑक्साइड को तोड़ना है; इस मामले में, ऑक्सीजन निकलती है, और जारी "कार्बन" का उपयोग पौधों 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 "समाप्त" करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, और अन्य जीव जिनमें क्लोरोफिल नहीं होता है, जो प्रकाश ऊर्जा का उपयोग नहीं कर सकते हैं और सीओ 2 को आत्मसात करने में सक्षम नहीं हैं।

जीवित दुनिया के विभाजन के इस सिद्धांत का उल्लंघन तब हुआ जब 1887 में एस.एन. विनोग्रैडस्की ने केमोसिंथेटिक बैक्टीरिया की खोज की - क्लोरोफिल-मुक्त जीव जो अंधेरे में कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने (यानी कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित करने) में सक्षम थे। यह तब भी बाधित हुआ जब 1883 में एंगेलमैन ने बैंगनी बैक्टीरिया की खोज की जो एक प्रकार का प्रकाश संश्लेषण करते हैं जो ऑक्सीजन की रिहाई के साथ नहीं होता है। एक समय में इस तथ्य की पर्याप्त सराहना नहीं की गई थी; इस बीच, अंधेरे में कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने वाले केमोसिंथेटिक बैक्टीरिया की खोज से पता चलता है कि कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण को अकेले प्रकाश संश्लेषण की एक विशिष्ट विशेषता नहीं माना जा सकता है।

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

प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में एक और बड़ा योगदान 1905 में ब्लैकमैन द्वारा किया गया था, जिन्होंने पाया कि प्रकाश संश्लेषण में दो अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएं होती हैं: एक तेज प्रकाश प्रतिक्रिया और धीमी, प्रकाश-स्वतंत्र चरणों की एक श्रृंखला, जिसे उन्होंने दर प्रतिक्रिया कहा। उच्च तीव्रता वाले प्रकाश का उपयोग करते हुए, ब्लैकमैन ने दिखाया कि रुक-रुक कर प्रकाश के तहत प्रकाश संश्लेषण उसी दर से होता है, जिसमें चमक एक सेकंड के एक अंश तक ही रहती है, जबकि निरंतर प्रकाश के तहत, इस तथ्य के बावजूद कि पहले मामले में प्रकाश संश्लेषक प्रणाली को आधी ऊर्जा प्राप्त होती है। अंधेरे अवधि में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ ही प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता में कमी आई। 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 नील द्वारा सामने रखी गई, जिन्होंने 1931 में प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि बैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन की रिहाई के बिना अवायवीय परिस्थितियों में हो सकता है। वान नील 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 अवशोषण में भाग लेने से निर्धारित होता है, और एक ऑक्सीकरण एजेंट (ओएच), एक काल्पनिक अग्रदूत होता है। आणविक ऑक्सीजन. बैक्टीरिया में, प्रकाश संश्लेषण आम तौर पर उसी तरह से होता है, लेकिन हाइड्रोजन दाता एच 2 एस या आणविक हाइड्रोजन होता है, और इसलिए ऑक्सीजन जारी नहीं होती है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में आधुनिक विचार

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण का सार सूर्य के प्रकाश की उज्ज्वल ऊर्जा को एटीपी और कम किए गए निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट (एनएडीपी) के रूप में रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना है। · एन)।

वर्तमान में, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं जिनमें प्रकाश संश्लेषक संरचनाएँ सक्रिय भाग लेती हैं [दिखाओ] और प्रकाश संवेदनशील कोशिका वर्णक।

प्रकाश संश्लेषक संरचनाएँ

बैक्टीरिया मेंप्रकाश संश्लेषक संरचनाएं कोशिका झिल्ली के आक्रमण के रूप में प्रस्तुत की जाती हैं, जो मेसोसोम के लैमेलर ऑर्गेनेल बनाती हैं। बैक्टीरिया के विनाश से प्राप्त पृथक मेसोसोम को क्रोमैटोफोरस कहा जाता है, प्रकाश-संवेदनशील उपकरण उनमें केंद्रित होता है;

यूकेरियोट्स मेंप्रकाश संश्लेषक उपकरण विशेष इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल - क्लोरोप्लास्ट में स्थित होता है, जिसमें हरा वर्णक क्लोरोफिल होता है, जो पौधे को हरा रंग देता है और सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को ग्रहण करके प्रकाश संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। माइटोकॉन्ड्रिया की तरह क्लोरोप्लास्ट में भी डीएनए, आरएनए और प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक उपकरण होता है, यानी, उनमें खुद को पुन: उत्पन्न करने की संभावित क्षमता होती है। क्लोरोप्लास्ट आकार में माइटोकॉन्ड्रिया से कई गुना बड़े होते हैं। क्लोरोप्लास्ट की संख्या शैवाल में एक से लेकर उच्च पौधों में 40 प्रति कोशिका तक होती है।

क्लोरोप्लास्ट के अलावा, हरे पौधों की कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया भी होते हैं, जिनका उपयोग हेटरोट्रॉफ़िक कोशिकाओं की तरह, रात में श्वसन के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

क्लोरोप्लास्ट का आकार गोलाकार या चपटा होता है। वे दो झिल्लियों से घिरे होते हैं - बाहरी और भीतरी (चित्र 1)। आंतरिक झिल्ली चपटी बुलबुले जैसी डिस्क के ढेर के रूप में व्यवस्थित होती है। इस ढेर को ग्रैना कहा जाता है।

प्रत्येक दाने में सिक्कों के स्तंभों की तरह व्यवस्थित अलग-अलग परतें होती हैं। प्रोटीन अणुओं की परतें क्लोरोफिल, कैरोटीन और अन्य रंगद्रव्य वाली परतों के साथ-साथ लिपिड के विशेष रूपों (गैलेक्टोज या सल्फर युक्त, लेकिन केवल एक फैटी एसिड युक्त) के साथ वैकल्पिक होती हैं। ये सर्फैक्टेंट लिपिड अणुओं की अलग-अलग परतों के बीच अवशोषित होते प्रतीत होते हैं और संरचना को स्थिर करने का काम करते हैं, जिसमें प्रोटीन और रंगद्रव्य की वैकल्पिक परतें होती हैं। ग्रैना की यह स्तरित (लैमेलर) संरचना संभवतः प्रकाश संश्लेषण के दौरान एक अणु से पास के एक अणु तक ऊर्जा के हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करती है।

शैवाल में प्रत्येक क्लोरोप्लास्ट में एक से अधिक दाने नहीं होते हैं, और उच्च पौधों में 50 तक दाने होते हैं, जो झिल्ली पुलों द्वारा आपस में जुड़े होते हैं। ग्रेना के बीच का जलीय वातावरण क्लोरोप्लास्ट का स्ट्रोमा है, जिसमें एंजाइम होते हैं जो "अंधेरे प्रतिक्रियाओं" को अंजाम देते हैं।

पुटिका जैसी संरचनाएं जो ग्रैना का निर्माण करती हैं उन्हें थाइलैक्टोइड्स कहा जाता है। ग्रेना में 10 से 20 थाइलेक्टॉइड्स होते हैं।

थाइलेक्टॉइड झिल्ली प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई, जिसमें आवश्यक प्रकाश-ट्रैपिंग वर्णक और ऊर्जा परिवर्तन तंत्र के घटक होते हैं, को क्वांटोसोम कहा जाता है, जिसमें लगभग 230 क्लोरोफिल अणु होते हैं। इस कण का द्रव्यमान लगभग 2 x 10 6 डाल्टन और आयाम लगभग 17.5 एनएम है।

स्थलीय पौधे अपनी जड़ों के माध्यम से प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी को अवशोषित करते हैं, जबकि जलीय पौधे इसे पर्यावरण से प्रसार द्वारा प्राप्त करते हैं। प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक कार्बन डाइऑक्साइड, पत्तियों की सतह पर छोटे छिद्रों - रंध्रों के माध्यम से पौधे में फैलती है। चूंकि प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड की खपत होती है, इसलिए कोशिका में इसकी सांद्रता आमतौर पर वायुमंडल की तुलना में थोड़ी कम होती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन कोशिका से बाहर और फिर रंध्र के माध्यम से पौधे से बाहर फैलती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान उत्पन्न शर्करा पौधे के उन हिस्सों में भी फैल जाती है जहां उनकी सांद्रता कम होती है।

प्रकाश संश्लेषण करने के लिए पौधों को हवा की बहुत आवश्यकता होती है, क्योंकि इसमें केवल 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड होता है। नतीजतन, 10,000 मीटर 3 हवा से, 3 मीटर 3 कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त किया जा सकता है, जिससे प्रकाश संश्लेषण के दौरान लगभग 110 ग्राम ग्लूकोज बनता है। पौधे आमतौर पर हवा में कार्बन डाइऑक्साइड के उच्च स्तर के साथ बेहतर विकास करते हैं। इसलिए, कुछ ग्रीनहाउस में हवा में CO2 की मात्रा को 1-5% तक समायोजित किया जाता है।

सौर ऊर्जा और विभिन्न रंगद्रव्य प्रकाश संश्लेषण के फोटोकैमिकल कार्य के कार्यान्वयन में भाग लेते हैं: हरा - क्लोरोफिल ए और बी, पीला - कैरोटीनॉयड और लाल या नीला - फ़ाइकोबिलिन। पिगमेंट के इस परिसर में, केवल क्लोरोफिल ए फोटोकैमिक रूप से सक्रिय है। शेष रंगद्रव्य एक सहायक भूमिका निभाते हैं, जो केवल प्रकाश क्वांटा (एक प्रकार का प्रकाश-संग्रह लेंस) के संग्राहक होते हैं और फोटोकैमिकल केंद्र में उनके संवाहक होते हैं।

एक निश्चित तरंग दैर्ध्य की सौर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से अवशोषित करने के लिए क्लोरोफिल की क्षमता के आधार पर, थाइलैक्टोइड झिल्ली में कार्यात्मक फोटोकैमिकल केंद्रों या फोटोसिस्टम की पहचान की गई (चित्र 3):

• फोटोसिस्टम I (क्लोरोफिल) ए) - इसमें वर्णक 700 (पी 700) होता है जो लगभग 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करता है, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों के निर्माण में एक प्रमुख भूमिका निभाता है: एटीपी और एनएडीपी · एच 2
• फोटोसिस्टम II (क्लोरोफिल) बी) - इसमें वर्णक 680 (पी 680) होता है, जो 680 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करता है, पानी के फोटोलिसिस के माध्यम से फोटोसिस्टम I द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों को फिर से भरने में सहायक भूमिका निभाता है।

फोटोसिस्टम I और II में प्रकाश संचयन वर्णक के प्रत्येक 300-400 अणुओं के लिए, फोटोकैमिक रूप से सक्रिय वर्णक का केवल एक अणु होता है - क्लोरोफिल ए।

एक पौधे द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा

• वर्णक P 700 को जमीनी अवस्था से उत्तेजित अवस्था - P * 700 में स्थानांतरित करता है, जिसमें यह योजना के अनुसार P 700 + के रूप में एक सकारात्मक इलेक्ट्रॉन छेद के निर्माण के साथ आसानी से एक इलेक्ट्रॉन खो देता है:

  पी 700 ---> पी * 700 ---> पी + 700 + ई -

  जिसके बाद वर्णक अणु जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है, एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (एक इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने में सक्षम) के रूप में काम कर सकता है और एक कम रूप में परिवर्तित हो सकता है

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

  H 2 O ---> 2H + + 2e - + 1/2O 2

  जल के प्रकाश अपघटन को हिल अभिक्रिया कहते हैं। पानी के अपघटन के दौरान उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को शुरू में Q नामित पदार्थ द्वारा स्वीकार किया जाता है (कभी-कभी इसके अधिकतम अवशोषण के कारण इसे साइटोक्रोम C 550 भी कहा जाता है, हालांकि यह साइटोक्रोम नहीं है)। फिर, पदार्थ Q से, माइटोकॉन्ड्रियल संरचना के समान वाहकों की एक श्रृंखला के माध्यम से, सिस्टम द्वारा प्रकाश क्वांटा के अवशोषण के परिणामस्वरूप बने इलेक्ट्रॉन छेद को भरने और वर्णक P + 700 को बहाल करने के लिए फोटोसिस्टम I को इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति की जाती 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 की प्रतिदीप्ति के कारण है)। हालाँकि, ज्यादातर मामलों में, जारी नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन को विशेष लौह-सल्फर प्रोटीन (FeS केंद्र) द्वारा स्वीकार किया जाता है, और फिर

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

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

दोनों प्रक्रियाएं एक ही इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। हालाँकि, चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के दौरान, इलेक्ट्रॉन क्लोरोफिल से वापस आ जाते हैं एक्लोरोफिल को लौटें ए, जबकि गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन में इलेक्ट्रॉनों को क्लोरोफिल बी से क्लोरोफिल में स्थानांतरित किया जाता है ए.

इस प्रकार, पी 700 द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों को फोटोसिस्टम II में प्रकाश के प्रभाव में विघटित पानी से इलेक्ट्रॉनों द्वारा फिर से भर दिया जाता है।

ए+ जमीनी अवस्था में, स्पष्ट रूप से क्लोरोफिल के उत्तेजना पर बनते हैं बी. ये उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन फेर्रेडॉक्सिन में जाते हैं और फिर फ्लेवोप्रोटीन और साइटोक्रोम के माध्यम से क्लोरोफिल में जाते हैं ए. अंतिम चरण में, एडीपी का एटीपी में फास्फारिलीकरण होता है (चित्र 5)।

क्लोरोफिल को लौटाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है वीइसकी जमीनी स्थिति की आपूर्ति संभवतः पानी के पृथक्करण के दौरान बनने वाले OH-आयनों द्वारा की जाती है। पानी के कुछ अणु H+ और OH-आयनों में वियोजित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के परिणामस्वरूप, OH - आयन रेडिकल (OH) में परिवर्तित हो जाते हैं, जो बाद में पानी और गैसीय ऑक्सीजन के अणु उत्पन्न करते हैं (चित्र 6)।

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

इन परिणामों के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सभी ऑक्सीजन गैस पानी से आती है, CO2 से नहीं। जल विभाजन की प्रतिक्रियाओं का अभी तक विस्तार से अध्ययन नहीं किया गया है। हालाँकि, यह स्पष्ट है कि एक क्लोरोफिल अणु के उत्तेजना सहित गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन (चित्र 5) की सभी अनुक्रमिक प्रतिक्रियाओं का कार्यान्वयन एऔर एक क्लोरोफिल अणु बी, एक एनएडीपी अणु के निर्माण की ओर ले जाना चाहिए · एच, एडीपी और पीएन से दो या दो से अधिक एटीपी अणु और एक ऑक्सीजन परमाणु की रिहाई। इसके लिए कम से कम चार क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है - प्रत्येक क्लोरोफिल अणु के लिए दो।

H2O से NADP तक इलेक्ट्रॉनों का गैर-चक्रीय प्रवाह · H2, जो दो फोटोसिस्टम और उन्हें जोड़ने वाली इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं की परस्पर क्रिया के दौरान होता है, रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों के विपरीत देखा जाता है: 1/2O2/H2O = +0.81 V के लिए E°, और NADP/NADP के लिए E° · एच = -0.32 वी। प्रकाश ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को उलट देती है। यह महत्वपूर्ण है कि जब फोटोसिस्टम II से फोटोसिस्टम I में स्थानांतरित किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का हिस्सा थाइलेक्टॉइड झिल्ली पर प्रोटॉन क्षमता के रूप में जमा होता है, और फिर एटीपी ऊर्जा में।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रोटॉन क्षमता के निर्माण और क्लोरोप्लास्ट में एटीपी के निर्माण के लिए इसके उपयोग का तंत्र माइटोकॉन्ड्रिया के समान है। हालाँकि, फोटोफॉस्फोराइलेशन तंत्र में कुछ ख़ासियतें हैं। थाइलैक्टोइड्स माइटोकॉन्ड्रिया की तरह अंदर से बाहर निकले हुए होते हैं, इसलिए झिल्ली के माध्यम से इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन स्थानांतरण की दिशा माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में दिशा के विपरीत होती है (चित्र 6)। इलेक्ट्रॉन बाहर की ओर चले जाते हैं, और प्रोटॉन थाइलैक्टॉइड मैट्रिक्स के अंदर केंद्रित हो जाते हैं। मैट्रिक्स को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और थाइलेक्टॉइड की बाहरी झिल्ली को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, यानी, प्रोटॉन ग्रेडिएंट की दिशा माइटोकॉन्ड्रिया में इसकी दिशा के विपरीत है।

एक अन्य विशेषता माइटोकॉन्ड्रिया की तुलना में प्रोटॉन क्षमता में पीएच का काफी बड़ा अनुपात है। थाइलेक्टॉइड मैट्रिक्स अत्यधिक अम्लीकृत होता है, इसलिए Δ pH 0.1-0.2 V तक पहुंच सकता है, जबकि Δ Ψ लगभग 0.1 V है। Δ μ H+ का समग्र मान > 0.25 V है।

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

माइटोकॉन्ड्रियल श्रृंखला के विपरीत, थाइलेक्टॉइड श्रृंखला में स्पष्ट रूप से केवल दो संयुग्मन स्थल होते हैं, इसलिए एक एटीपी अणु के संश्लेषण के लिए दो के बजाय तीन प्रोटॉन की आवश्यकता होती है, यानी, एटीपी के 3 एच + /1 मोल का अनुपात।

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

प्रकाश संश्लेषण की डार्क प्रतिक्रियाएं कार्बोहाइड्रेट बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थ में शामिल करने की प्रक्रिया है (सीओ 2 से ग्लूकोज का प्रकाश संश्लेषण)। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों - एटीपी और एनएडीपी की भागीदारी के साथ क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में प्रतिक्रियाएं होती हैं · एच2.

कार्बन डाइऑक्साइड का आत्मसात (फोटोकेमिकल कार्बोक्सिलेशन) एक चक्रीय प्रक्रिया है, जिसे पेंटोस फॉस्फेट प्रकाश संश्लेषक चक्र या केल्विन चक्र (चित्र 7) भी कहा जाता है। इसमें तीन मुख्य चरण हैं:

• कार्बोक्सिलेशन (राइबुलोज डाइफॉस्फेट के साथ CO2 का स्थिरीकरण)
• कमी (3-फॉस्फोग्लिसरेट की कमी के दौरान ट्रायोज़ फॉस्फेट का निर्माण)
• राइबुलोज डिफॉस्फेट का पुनर्जनन

रिबुलोज 5-फॉस्फेट (कार्बन 5 पर फॉस्फेट की मात्रा के साथ 5 कार्बन परमाणुओं वाली एक चीनी) एटीपी द्वारा फॉस्फोराइलेशन से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप राइबुलोज डिफॉस्फेट का निर्माण होता है। यह बाद वाला पदार्थ सीओ 2 के जुड़ने से कार्बोक्सिलेटेड होता है, जाहिरा तौर पर छह-कार्बन मध्यवर्ती में, जो, हालांकि, पानी के एक अणु के जुड़ने से तुरंत टूट जाता है, जिससे फॉस्फोग्लिसरिक एसिड के दो अणु बनते हैं। फॉस्फोग्लिसरिक एसिड को फिर एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया के माध्यम से कम किया जाता है जिसके लिए एटीपी और एनएडीपी की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। · एच फ़ॉस्फ़ोग्लिसराल्डिहाइड (तीन-कार्बन शर्करा - ट्रायोज़) के निर्माण के साथ। ऐसे दो ट्रायोज़ के संघनन के परिणामस्वरूप, एक हेक्सोज़ अणु बनता है, जिसे स्टार्च अणु में शामिल किया जा सकता है और इस प्रकार एक रिजर्व के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है।

चक्र के इस चरण को पूरा करने के लिए, प्रकाश संश्लेषण CO2 के 1 अणु को अवशोषित करता है और ATP के 3 अणुओं और 4 H परमाणुओं (NAD के 2 अणुओं से जुड़ा हुआ) का उपयोग करता है · एन)। हेक्सोज फॉस्फेट से, पेंटोस फॉस्फेट चक्र (चित्र 8) की कुछ प्रतिक्रियाओं के माध्यम से, राइबुलोज फॉस्फेट को पुनर्जीवित किया जाता है, जो फिर से एक और कार्बन डाइऑक्साइड अणु को अपने साथ जोड़ सकता है।

वर्णित प्रतिक्रियाओं में से कोई भी - कार्बोक्सिलेशन, कमी या पुनर्जनन - केवल प्रकाश संश्लेषक कोशिका के लिए विशिष्ट नहीं माना जा सकता है। उन्होंने पाया कि एकमात्र अंतर यह था कि फॉस्फोग्लिसरिक एसिड को फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड में परिवर्तित करने वाली कमी प्रतिक्रिया के लिए एनएडीपी की आवश्यकता होती है। · एन, खत्म नहीं · एन, हमेशा की तरह.

राइबुलोज डाइफॉस्फेट द्वारा सीओ 2 का निर्धारण एंजाइम राइबुलोज डाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होता है: राइबुलोज डाइफॉस्फेट + सीओ 2 -> 3-फॉस्फोग्लिसरेट इसके बाद, एनएडीपी का उपयोग करके 3-फॉस्फोग्लिसरेट को कम किया जाता है। · एच 2 और एटीपी से ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट। यह प्रतिक्रिया एंजाइम ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट आसानी से डाइहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट में आइसोमेराइज़ हो जाता है। दोनों ट्रायोज़ फॉस्फेट का उपयोग फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट (फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट एल्डोलेज़ द्वारा उत्प्रेरित विपरीत प्रतिक्रिया) के निर्माण में किया जाता है। परिणामी फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट के अणुओं का एक हिस्सा, ट्राइओज फॉस्फेट के साथ, राइबुलोज बिस्फोस्फेट (चक्र को बंद करने) के पुनर्जनन में भाग लेता है, और दूसरे भाग का उपयोग प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

यह अनुमान लगाया गया है कि केल्विन चक्र में CO2 से ग्लूकोज के एक अणु के संश्लेषण के लिए 12 NADP की आवश्यकता होती है · एच + एच + और 18 एटीपी (12 एटीपी अणु 3-फॉस्फोग्लिसरेट की कमी पर खर्च किए जाते हैं, और 6 अणु राइबुलोज डिफॉस्फेट की पुनर्जनन प्रतिक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं)। न्यूनतम अनुपात - 3 एटीपी: 2 एनएडीपी · एन 2.

कोई प्रकाश संश्लेषक और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के अंतर्निहित सिद्धांतों की समानता को देख सकता है, और फोटोफॉस्फोरिलेशन, जैसा कि यह था, उलटा ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है:

प्रकाश संश्लेषण के दौरान फॉस्फोराइलेशन और कार्बनिक पदार्थों (एस-एच 2) के संश्लेषण के पीछे प्रकाश ऊर्जा प्रेरक शक्ति है और, इसके विपरीत, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के दौरान कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा है। इसलिए, यह पौधे ही हैं जो जानवरों और अन्य विषमपोषी जीवों को जीवन प्रदान करते हैं:

प्रकाश संश्लेषण के दौरान उत्पादित कार्बोहाइड्रेट कई कार्बनिक पौधों के पदार्थों के कार्बन कंकाल बनाने का काम करते हैं। ऑर्गनोनिट्रोजन पदार्थों को प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा अकार्बनिक नाइट्रेट या वायुमंडलीय नाइट्रोजन को कम करके अवशोषित किया जाता है, और सल्फर को सल्फेट्स को अमीनो एसिड के सल्फहाइड्रील समूहों में कम करके अवशोषित किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण अंततः न केवल जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, सहकारकों के निर्माण को सुनिश्चित करता है, बल्कि कई माध्यमिक संश्लेषण उत्पादों को भी सुनिश्चित करता है जो मूल्यवान औषधीय पदार्थ (एल्कलॉइड, फ्लेवोनोइड, पॉलीफेनोल, टेरपेन, स्टेरॉयड, कार्बनिक एसिड, आदि) हैं। ).

गैर-क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण

गैर-क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण नमक-प्रेमी जीवाणुओं में पाया जाता है जिनमें बैंगनी प्रकाश-संवेदनशील वर्णक होता है। यह वर्णक प्रोटीन बैक्टीरियरहोडॉप्सिन निकला, जिसमें रेटिना के दृश्य बैंगनी की तरह - रोडोप्सिन, विटामिन ए का व्युत्पन्न - रेटिना होता है। नमक-प्रेमी बैक्टीरिया की झिल्ली में निर्मित बैक्टीरियरहोडॉप्सिन, रेटिना द्वारा प्रकाश के अवशोषण के जवाब में इस झिल्ली पर एक प्रोटॉन क्षमता बनाता है, जो एटीपी में परिवर्तित हो जाता है। इस प्रकार, बैक्टीरियरहोडॉप्सिन प्रकाश ऊर्जा का एक क्लोरोफिल-मुक्त कनवर्टर है।

प्रकाश संश्लेषण और बाहरी वातावरण

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश, जल एवं कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में ही संभव है। खेती की गई पौधों की प्रजातियों में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता 20% से अधिक नहीं होती है, और आमतौर पर यह 6-7% से अधिक नहीं होती है। वायुमंडल में लगभग 0.03% (वॉल्यूम) सीओ 2 है, जब इसकी सामग्री 0.1% तक बढ़ जाती है, तो प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता और पौधों की उत्पादकता बढ़ जाती है, इसलिए पौधों को बाइकार्बोनेट खिलाने की सलाह दी जाती है। हालाँकि, हवा में 1.0% से ऊपर CO2 की मात्रा प्रकाश संश्लेषण पर हानिकारक प्रभाव डालती है। एक वर्ष में, स्थलीय पौधे अकेले पृथ्वी के वायुमंडल के कुल CO2 का 3% अवशोषित करते हैं, यानी लगभग 20 बिलियन टन तक CO2 से संश्लेषित कार्बोहाइड्रेट में 4 × 10 18 kJ तक प्रकाश ऊर्जा जमा होती है। यह 40 अरब किलोवाट की बिजली संयंत्र क्षमता से मेल खाता है। प्रकाश संश्लेषण का एक उपोत्पाद, ऑक्सीजन, उच्च जीवों और एरोबिक सूक्ष्मजीवों के लिए महत्वपूर्ण है। वनस्पति के संरक्षण का अर्थ है पृथ्वी पर जीवन का संरक्षण।

प्रकाश संश्लेषण की दक्षता

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

इस प्रकार बायोमास की उपज वर्ष के दौरान संचालित होने वाले सौर ऊर्जा संग्राहक (पत्तियों) के क्षेत्र और ऐसी प्रकाश स्थितियों के साथ प्रति वर्ष दिनों की संख्या पर निर्भर करती है जब प्रकाश संश्लेषण अधिकतम दर पर संभव होता है, जो पूरी प्रक्रिया की दक्षता निर्धारित करता है। . पौधों के लिए उपलब्ध सौर विकिरण (% में) के अनुपात को निर्धारित करने के परिणाम (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण, PAR), और बुनियादी फोटोकैमिकल और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं और उनकी थर्मोडायनामिक दक्षता का ज्ञान कार्बनिक गठन की संभावित अधिकतम दरों की गणना करना संभव बनाता है कार्बोहाइड्रेट के संदर्भ में पदार्थ.

पौधे 400 से 700 एनएम तक तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का उपयोग करते हैं, यानी प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण सभी सूर्य के प्रकाश का 50% होता है। यह एक सामान्य धूप वाले दिन (औसतन) के लिए पृथ्वी की सतह पर 800-1000 W/m2 की तीव्रता के अनुरूप है। व्यवहार में प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऊर्जा रूपांतरण की औसत अधिकतम दक्षता 5-6% है। ये अनुमान CO2 बाइंडिंग की प्रक्रिया के साथ-साथ संबंधित शारीरिक और शारीरिक नुकसान के अध्ययन के आधार पर प्राप्त किए गए हैं। कार्बोहाइड्रेट के रूप में बाध्य सीओ 2 का एक मोल 0.47 एमजे की ऊर्जा से मेल खाता है, और 680 एनएम (प्रकाश संश्लेषण में उपयोग की जाने वाली सबसे अधिक ऊर्जा-खराब रोशनी) की तरंग दैर्ध्य के साथ लाल प्रकाश क्वांटा के एक मोल की ऊर्जा 0.176 एमजे है। इस प्रकार, CO2 के 1 मोल को बांधने के लिए आवश्यक लाल प्रकाश क्वांटा के मोलों की न्यूनतम संख्या 0.47:0.176 = 2.7 है। हालाँकि, चूंकि एक CO2 अणु को ठीक करने के लिए पानी से चार इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के लिए कम से कम आठ क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है, सैद्धांतिक बंधन दक्षता 2.7:8 = 33% है। ये गणनाएँ लाल बत्ती के लिए की जाती हैं; यह स्पष्ट है कि श्वेत प्रकाश के लिए यह मान तदनुसार कम होगा।

सर्वोत्तम क्षेत्र स्थितियों के तहत, पौधों में निर्धारण दक्षता 3% तक पहुंच जाती है, लेकिन यह केवल विकास की छोटी अवधि के दौरान ही संभव है और, यदि पूरे वर्ष की गणना की जाए, तो यह 1 से 3% के बीच होगी।

व्यवहार में, समशीतोष्ण क्षेत्रों में प्रकाश संश्लेषक ऊर्जा रूपांतरण की औसत वार्षिक दक्षता आमतौर पर 0.5-1.3% है, और उपोष्णकटिबंधीय फसलों के लिए - 0.5-2.5% है। सूर्य के प्रकाश की तीव्रता और विभिन्न प्रकाश संश्लेषक दक्षता के एक निश्चित स्तर पर अपेक्षित उपज का अनुमान चित्र में दिखाए गए ग्राफ़ से आसानी से लगाया जा सकता है। 9.

प्रकाश संश्लेषण का अर्थ

• प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया सभी जीवित चीजों के पोषण का आधार है, और मानवता को ईंधन, फाइबर और अनगिनत उपयोगी रासायनिक यौगिकों की आपूर्ति भी करती है।
• फसल के शुष्क भार का लगभग 90-95% प्रकाश संश्लेषण के दौरान हवा से संयुक्त कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से बनता है।
• मनुष्य लगभग 7% प्रकाश संश्लेषक उत्पादों का उपयोग भोजन, पशु चारा, ईंधन और निर्माण सामग्री के रूप में करते हैं।

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 प्रक्रियाएँ 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। इसी समय, क्लोरोफिल अणुओं का ऑक्सीकरण होता है और पहले से ही ऑक्सीकरण वाले 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-कार्बोक्सिलेज 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

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