प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं के लिए एक सारांश समीकरण लिखें। प्रकाश संश्लेषण के सामान्य एवं आंशिक समीकरण

प्रकाश संश्लेषण शरीर द्वारा अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा को कार्बनिक (और अकार्बनिक) यौगिकों की रासायनिक ऊर्जा में बदलने की प्रक्रिया है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को समग्र समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है:

6CO 2 + 6H 2 O® C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

हरे पौधे में प्रकाश में, अत्यधिक ऑक्सीकृत पदार्थों - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थ बनते हैं, और आणविक ऑक्सीजन निकलती है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, न केवल सीओ 2 कम हो जाता है, बल्कि नाइट्रेट या सल्फेट्स भी कम हो जाते हैं, और ऊर्जा को पदार्थों के परिवहन सहित विभिन्न एंडर्जोनिक प्रक्रियाओं के लिए निर्देशित किया जा सकता है।

प्रकाश संश्लेषण के सामान्य समीकरण को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

12 एच 2 ओ → 12 [एच 2] + 6 ओ 2 (प्रकाश प्रतिक्रिया)

6 सीओ 2 + 12 [एच 2] → सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 ओ (डार्क रिएक्शन)

6 सीओ 2 + 12 एच 2 ओ → सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 ओ + 6 ओ 2

या CO2 के 1 मोल के संदर्भ में:

सीओ 2 + एच 2 ओ सीएच 2 ओ + ओ 2

प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सारी ऑक्सीजन पानी से आती है। समीकरण के दाईं ओर के पानी को कम नहीं किया जा सकता क्योंकि इसकी ऑक्सीजन CO2 से आती है। लेबल किए गए परमाणुओं के तरीकों का उपयोग करके, यह प्राप्त किया गया कि क्लोरोप्लास्ट में एच 2 ओ विषम है और इसमें बाहरी वातावरण से आने वाला पानी और प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाला पानी शामिल है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दोनों प्रकार के जल का उपयोग किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में ओ 2 के गठन का प्रमाण डच माइक्रोबायोलॉजिस्ट वान नील का काम है, जिन्होंने जीवाणु प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन किया, और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया एच 2 ओ का पृथक्करण है, न कि CO2 का अपघटन. सीओ 2 बैक्टीरिया (सायनोबैक्टीरिया को छोड़कर) के प्रकाश संश्लेषक आत्मसात करने में सक्षम, एच 2 एस, एच 2, सीएच 3 और अन्य को कम करने वाले एजेंटों के रूप में उपयोग किया जाता है, और ओ 2 का उत्सर्जन नहीं करते हैं। इस प्रकार का प्रकाश संश्लेषण कहलाता है फोटोरिडक्शन:

सीओ 2 + एच 2 एस → [सीएच 2 ओ] + एच 2 ओ + एस 2 या

सीओ 2 + एच 2 ए → [सीएच 2 ओ] + एच 2 ओ + 2ए,

जहां एच 2 ए - सब्सट्रेट को ऑक्सीकरण करता है, एक हाइड्रोजन दाता (उच्च पौधों में यह एच 2 ओ है), और 2 ए ओ 2 है। फिर पौधे के प्रकाश संश्लेषण में प्राथमिक फोटोकैमिकल कार्य पानी का ऑक्सीकरण एजेंट [ओएच] और कम करने वाले एजेंट [एच] में अपघटन होना चाहिए। [एच] सीओ 2 को पुनर्स्थापित करता है, और [ओएच] ओ 2 की रिहाई और एच 2 ओ के गठन की प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है।

हरे पौधों और प्रकाश संश्लेषक जीवाणुओं की भागीदारी से सौर ऊर्जा को कार्बनिक यौगिकों की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। इस अनूठी प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए, विकास के दौरान, एक प्रकाश संश्लेषक उपकरण बनाया गया था: I) फोटोएक्टिव पिगमेंट का एक सेट जो कुछ वर्णक्रमीय क्षेत्रों के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करने और इस ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करने में सक्षम है, और 2) एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा को विभिन्न रूपों में रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उपकरण। सबसे पहले, यह रिडॉक्स ऊर्जा , अत्यधिक अपचयित यौगिकों के निर्माण से संबद्ध, विद्युत रासायनिक स्थितिज ऊर्जा,संयुग्मन झिल्ली (ΔμH +) पर विद्युत और प्रोटॉन ग्रेडिएंट के गठन के कारण, एटीपी की फॉस्फेट बांड ऊर्जाऔर अन्य मैक्रोर्जिक यौगिक, जो बाद में कार्बनिक अणुओं की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं।

इन सभी प्रकार की रासायनिक ऊर्जा का उपयोग जीवन की प्रक्रिया में आयनों के अवशोषण और ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन के लिए और अधिकांश चयापचय प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है, अर्थात। एक रचनात्मक आदान-प्रदान में.

सौर ऊर्जा का उपयोग करने और इसे बायोस्फेरिक प्रक्रियाओं में पेश करने की क्षमता हरे पौधों की "ब्रह्मांडीय" भूमिका निर्धारित करती है, जिसके बारे में महान रूसी शरीर विज्ञानी के.ए. ने लिखा था। तिमिर्याज़ेव।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया स्थानिक और लौकिक संगठन की एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। पल्स विश्लेषण के उच्च गति तरीकों के उपयोग से यह स्थापित करना संभव हो गया कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में विभिन्न दरों की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं - 10 -15 सेकेंड (ऊर्जा अवशोषण और माइग्रेशन प्रक्रियाएं फेमटोसेकंड समय अंतराल में होती हैं) से 10 4 सेकेंड (गठन) तक प्रकाश संश्लेषण उत्पादों का) प्रकाश संश्लेषक उपकरण में न्यूनतम आणविक स्तर पर 10 -27 मीटर 3 से लेकर फसल स्तर पर 10 5 मीटर 3 तक के आकार वाली संरचनाएं शामिल हैं।

प्रकाश संश्लेषण की अवधारणा.प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को बनाने वाली प्रतिक्रियाओं के पूरे जटिल सेट को एक योजनाबद्ध आरेख द्वारा दर्शाया जा सकता है, जो प्रकाश संश्लेषण के मुख्य चरणों और उनके सार को प्रदर्शित करता है। प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक योजना में, चार चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जो प्रतिक्रियाओं की प्रकृति और दर के साथ-साथ प्रत्येक चरण में होने वाली प्रक्रियाओं के अर्थ और सार में भिन्न होते हैं:

* - एसएससी - प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश संचयन एंटीना परिसर - प्रकाश संश्लेषक वर्णक का एक सेट - क्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड; आरसी - प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया केंद्र - क्लोरोफिल डिमर ए; ईटीसी - प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला - क्लोरोप्लास्ट थायलाकोइड्स (संयुग्मित झिल्ली) की झिल्लियों में स्थानीयकृत होती है, जिसमें क्विनोन, साइटोक्रोम, लौह-सल्फर क्लस्टर प्रोटीन और अन्य इलेक्ट्रॉन वाहक शामिल होते हैं।

स्टेज I - शारीरिक.इसमें पिगमेंट (पी) द्वारा ऊर्जा के अवशोषण की फोटोफिजिकल प्रकृति की प्रतिक्रियाएं, इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा (पी *) के रूप में इसका भंडारण और प्रतिक्रिया केंद्र (आरसी) में स्थानांतरण शामिल हैं। सभी प्रतिक्रियाएँ अत्यंत तीव्र होती हैं और 10 -15 - 10 -9 s की दर से आगे बढ़ती हैं। ऊर्जा अवशोषण की प्राथमिक प्रतिक्रियाएं प्रकाश-संचयन एंटीना कॉम्प्लेक्स (एलएससी) में स्थानीयकृत होती हैं।

स्टेज II - फोटोकेमिकल।प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया केंद्रों में स्थानीयकृत होती हैं और 10 -9 सेकेंड की दर से आगे बढ़ती हैं। प्रकाश संश्लेषण के इस चरण में, प्रतिक्रिया केंद्र (पी (आरसी)) के वर्णक के इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा का उपयोग चार्ज पृथक्करण के लिए किया जाता है। इस मामले में, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले एक इलेक्ट्रॉन को प्राथमिक स्वीकर्ता ए में स्थानांतरित किया जाता है, और अलग-अलग चार्ज (पी (आरसी) - ए) के साथ परिणामी प्रणाली में पहले से ही रासायनिक रूप में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होती है। ऑक्सीकृत वर्णक पी (आरसी) दाता (डी) के ऑक्सीकरण के कारण अपनी संरचना को पुनर्स्थापित करता है।

प्रतिक्रिया केंद्र में होने वाली एक प्रकार की ऊर्जा का दूसरे प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तन प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया की केंद्रीय घटना है, जिसके लिए सिस्टम के संरचनात्मक संगठन के लिए गंभीर परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, पौधों और जीवाणुओं में प्रतिक्रिया केंद्रों के आणविक मॉडल आम तौर पर ज्ञात हैं। संरचनात्मक संगठन में उनकी समानता स्थापित की गई, जो प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक प्रक्रियाओं के उच्च स्तर के रूढ़िवाद को इंगित करता है।

फोटोकैमिकल चरण (पी *, ए -) में बनने वाले प्राथमिक उत्पाद बहुत अस्थिर होते हैं, और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के बेकार नुकसान के साथ ऑक्सीकृत वर्णक पी * (पुनर्संयोजन प्रक्रिया) में वापस आ सकते हैं। इसलिए, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले गठित कम उत्पादों का तेजी से और स्थिरीकरण आवश्यक है, जो प्रकाश संश्लेषण के अगले, III चरण में किया जाता है।

चरण III - इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रतिक्रियाएं।विभिन्न रेडॉक्स क्षमता वाले वाहकों की एक श्रृंखला (ई एन ) तथाकथित इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) बनाता है। ईटीसी के रेडॉक्स घटक क्लोरोप्लास्ट में तीन मुख्य कार्यात्मक परिसरों के रूप में व्यवस्थित होते हैं - फोटोसिस्टम I (PSI), फोटोसिस्टम II (PSII), साइटोक्रोम बी 6 एफ-कॉम्प्लेक्स, जो इलेक्ट्रॉन प्रवाह की उच्च गति और इसके विनियमन की संभावना प्रदान करता है। ईटीसी के काम के परिणामस्वरूप, अत्यधिक कम किए गए उत्पाद बनते हैं: कम फेरेडॉक्सिन (पीडी रिस्टोर) और एनएडीपीएच, साथ ही ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु, जिनका उपयोग सीओ 2 कटौती की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में किया जाता है जो IV बनाते हैं। प्रकाश संश्लेषण का चरण.

चरण IV - कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण और कमी की "अंधेरी" प्रतिक्रियाएं।प्रतिक्रियाएँ कार्बोहाइड्रेट के निर्माण के साथ होती हैं, प्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद, जिसके रूप में सौर ऊर्जा संग्रहीत, अवशोषित और प्रकाश संश्लेषण की "प्रकाश" प्रतिक्रियाओं में परिवर्तित होती है। "अंधेरे" एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की गति 10 -2 - 10 4 सेकंड है।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण का पूरा कोर्स तीन प्रवाहों की परस्पर क्रिया से होता है - ऊर्जा का प्रवाह, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह और कार्बन का प्रवाह। तीन धाराओं के संयुग्मन के लिए उनकी घटक प्रतिक्रियाओं के सटीक समन्वय और विनियमन की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण की ग्रहीय भूमिका

प्रकाश संश्लेषण, जीवन के विकास के पहले चरण में उत्पन्न होकर, जीवमंडल की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया बनी हुई है। यह प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से हरे पौधे हैं जो ब्रह्मांड के साथ पृथ्वी पर जीवन का लौकिक संबंध प्रदान करते हैं और मानव सभ्यता के अस्तित्व की संभावना तक जीवमंडल के पारिस्थितिक कल्याण को निर्धारित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण न केवल खाद्य संसाधनों और खनिजों का स्रोत है, बल्कि पृथ्वी पर बायोस्फेरिक प्रक्रियाओं के संतुलन में भी एक कारक है, जिसमें वायुमंडल में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड की सामग्री की स्थिरता, ओजोन स्क्रीन की स्थिति, की सामग्री शामिल है। मिट्टी में ह्यूमस, ग्रीनहाउस प्रभाव, आदि।

प्रकाश संश्लेषण की वैश्विक शुद्ध उत्पादकता 7-8·10 8 टन कार्बन प्रति वर्ष है, जिसमें से 7% सीधे भोजन, ईंधन और निर्माण सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है। वर्तमान में, जीवाश्म ईंधन की खपत ग्रह पर बायोमास के निर्माण के लगभग बराबर है। हर साल, प्रकाश संश्लेषण के दौरान, 70-120 अरब टन ऑक्सीजन वायुमंडल में प्रवेश करती है, जो सभी जीवों की श्वसन सुनिश्चित करती है। ऑक्सीजन रिलीज के सबसे महत्वपूर्ण परिणामों में से एक 25 किमी की ऊंचाई पर ऊपरी वायुमंडल में ओजोन स्क्रीन का निर्माण है। ओजोन (O 3) सौर विकिरण की क्रिया के तहत O 2 अणुओं के फोटोडिसोसिएशन के परिणामस्वरूप बनता है और अधिकांश पराबैंगनी किरणों को फँसा लेता है जो सभी जीवित चीजों पर हानिकारक प्रभाव डालते हैं।

वायुमंडल में CO2 सामग्री का स्थिरीकरण भी प्रकाश संश्लेषण में एक आवश्यक कारक है। वर्तमान में, CO2 की मात्रा हवा के आयतन के अनुसार 0.03–0.04% या कार्बन के संदर्भ में 711 बिलियन टन है। जीवों की श्वसन, विश्व महासागर, जिसके पानी में वायुमंडल की तुलना में 60 गुना अधिक CO2 घुली हुई है, लोगों की उत्पादन गतिविधियाँ, एक ओर, प्रकाश संश्लेषण, दूसरी ओर, अपेक्षाकृत स्थिर स्तर बनाए रखती हैं वातावरण में CO2. वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड, साथ ही पानी, अवरक्त किरणों को अवशोषित करता है और पृथ्वी पर महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी बनाए रखता है, जिससे जीवन के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ उपलब्ध होती हैं।

हालाँकि, पिछले दशकों में, मानव द्वारा जीवाश्म ईंधन के बढ़ते दहन, वनों की कटाई और ह्यूमस के अपघटन के कारण एक ऐसी स्थिति विकसित हुई है जहाँ तकनीकी प्रगति ने वायुमंडलीय घटनाओं के संतुलन को नकारात्मक बना दिया है। जनसांख्यिकीय समस्याओं से स्थिति विकट है: पृथ्वी पर हर दिन 200 हजार लोग पैदा होते हैं, जिन्हें महत्वपूर्ण संसाधन उपलब्ध कराने की आवश्यकता होती है। इन परिस्थितियों ने प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन को उसकी सभी अभिव्यक्तियों में, प्रक्रिया के आणविक संगठन से लेकर बायोस्फेरिक घटना तक, आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अग्रणी समस्याओं की श्रेणी में डाल दिया। सबसे महत्वपूर्ण कार्य कृषि फसलों और वृक्षारोपण की प्रकाश संश्लेषक उत्पादकता को बढ़ाना है, साथ ही फोटोट्रॉफिक संश्लेषण के लिए प्रभावी जैव प्रौद्योगिकी का निर्माण करना है।

के.ए. तिमिर्याज़ेव अध्ययन करने वाले पहले व्यक्ति थे अंतरिक्ष भूमिकाहरे पौधे। प्रकाश संश्लेषण पृथ्वी पर एकमात्र ऐसी प्रक्रिया है जो बड़े पैमाने पर होती है और यह सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक यौगिकों की ऊर्जा में परिवर्तित करने से जुड़ी है। हरे पौधों द्वारा संग्रहीत यह ब्रह्मांडीय ऊर्जा, बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों तक, पृथ्वी पर अन्य सभी विषमपोषी जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि का आधार बनती है। हरे पौधों की अंतरिक्ष और ग्रहीय गतिविधि के 5 मुख्य पहलू हैं।

1. कार्बनिक पदार्थ का संचय।प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में स्थलीय पौधे 100-172 अरब टन का निर्माण करते हैं। प्रति वर्ष बायोमास (शुष्क पदार्थ के संदर्भ में), और समुद्र और महासागरों के पौधे - 60-70 बिलियन टन। पृथ्वी पर पौधों का कुल द्रव्यमान वर्तमान में 2402.7 बिलियन टन है, और इस द्रव्यमान का 90% सेलूलोज़ है। लगभग 2402.5 बिलियन टन। स्थलीय पौधों और 0.2 बिलियन टन के हिसाब से। - जलमंडल के पौधों पर (प्रकाश की कमी!)। पृथ्वी पर जानवरों और सूक्ष्मजीवों का कुल द्रव्यमान 23 बिलियन टन है, यानी पौधों के द्रव्यमान का 1%। इस राशि में से, ~20 बिलियन टन। भूमि के निवासियों और ~ 3 बिलियन टन के लिए जिम्मेदार है। - जलमंडल के निवासियों पर। पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के दौरान, पौधों और जानवरों के कार्बनिक अवशेष जमा और संशोधित हुए (कूड़े, धरण, पीट, और स्थलमंडल में - कोयला; समुद्र और महासागरों में - तलछटी चट्टानें)। स्थलमंडल के गहरे क्षेत्रों में उतरने पर, सूक्ष्मजीवों, ऊंचे तापमान और दबाव के प्रभाव में इन अवशेषों से गैस और तेल का निर्माण हुआ। कूड़े में कार्बनिक पदार्थ का द्रव्यमान ~ 194 बिलियन टन है; पीट - 220 अरब टन; ह्यूमस ~ 2500 बिलियन टन। तेल और गैस - 10,000 - 12,000 अरब टन। कार्बन के संदर्भ में तलछटी चट्टानों में कार्बनिक पदार्थ की सामग्री ~ 2 · 10 16 टन है। कार्बनिक पदार्थों का विशेष रूप से गहन संचय हुआ पैलियोज़ोइक(~ 300 मिलियन वर्ष पूर्व)। संग्रहीत कार्बनिक पदार्थ का उपयोग मनुष्य (लकड़ी, खनिज) द्वारा गहनता से किया जाता है।

2. वातावरण में CO2 की मात्रा की स्थिरता सुनिश्चित करना।ह्यूमस, तलछटी चट्टानों, दहनशील खनिजों के निर्माण ने कार्बन चक्र से महत्वपूर्ण मात्रा में CO2 हटा दी। पृथ्वी के वायुमंडल में, CO 2 कम होता गया, और वर्तमान में इसकी मात्रा मात्रा के हिसाब से ~ 0.03–0.04% या ~ 711 बिलियन टन है। कार्बन के संदर्भ में. सेनोज़ोइक युग में, वायुमंडल में सीओ 2 की सामग्री स्थिर हो गई और केवल दैनिक, मौसमी और भू-रासायनिक उतार-चढ़ाव (आधुनिक स्तर पर पौधे स्थिरीकरण) का अनुभव हुआ। वायुमंडल में CO2 की मात्रा का स्थिरीकरण वैश्विक स्तर पर CO2 के संतुलित बंधन और विमोचन द्वारा प्राप्त किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण में CO 2 के बंधन और कार्बोनेट (तलछटी चट्टानों) के निर्माण की भरपाई अन्य प्रक्रियाओं के कारण CO 2 की रिहाई से होती है: ~ 25 बिलियन टन; इंसानों और जानवरों की सांस - ~ 1.6 अरब टन। लोगों की आर्थिक गतिविधियाँ ~ 5 बिलियन टन; भू-रासायनिक प्रक्रियाएं ~ 0.05 बिलियन टन। कुल ~ 41.65 बिलियन टन यदि CO2 वायुमंडल में प्रवेश नहीं करती, तो इसकी संपूर्ण उपलब्ध आपूर्ति 6-7 वर्षों में सीमित हो जाती। विश्व महासागर CO2 का एक शक्तिशाली भंडार है, इसके जल में वायुमंडल की तुलना में 60 गुना अधिक CO2 घुली हुई है। इसलिए, प्रकाश संश्लेषण, श्वसन और समुद्र की कार्बोनेट प्रणाली वायुमंडल में CO2 के अपेक्षाकृत स्थिर स्तर को बनाए रखती है। मानव आर्थिक गतिविधि (दहनशील खनिजों का जलना, वनों की कटाई, ह्यूमस का अपघटन) के कारण, वातावरण में CO2 की सामग्री प्रति वर्ष ~ 0.23% बढ़ने लगी। इस परिस्थिति के वैश्विक परिणाम हो सकते हैं, क्योंकि वायुमंडल में CO2 की सामग्री ग्रह के तापीय शासन को प्रभावित करती है।

3. ग्रीनहाउस प्रभाव.पृथ्वी की सतह मुख्यतः सूर्य से ऊष्मा प्राप्त करती है। इस ऊष्मा का कुछ भाग अवरक्त किरणों के रूप में वापस आ जाता है। वायुमंडल में मौजूद CO 2 और H 2 O अवरक्त किरणों को अवशोषित करते हैं और इस प्रकार पृथ्वी पर महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी बनाए रखते हैं (ग्रीनहाउस प्रभाव)। श्वसन या किण्वन की प्रक्रिया में सूक्ष्मजीव और पौधे सालाना वायुमंडल में प्रवेश करने वाली CO2 की कुल मात्रा का ~ 85% आपूर्ति करते हैं और परिणामस्वरूप, ग्रह के तापीय शासन को प्रभावित करते हैं। वायुमंडल में CO2 की मात्रा बढ़ने से पृथ्वी की सतह पर औसत तापमान में वृद्धि हो सकती है, ग्लेशियरों (पहाड़ों और ध्रुवीय बर्फ) का पिघलना और तटीय क्षेत्रों में बाढ़ आ सकती है। हालाँकि, यह संभव है कि वायुमंडल में CO2 की सांद्रता में वृद्धि से पौधों में प्रकाश संश्लेषण में वृद्धि होगी, जिससे CO2 की अतिरिक्त मात्रा स्थिर हो जाएगी।

4.वायुमंडल में O2 का संचय।प्रारंभ में, O2 पृथ्वी के वायुमंडल में अल्प मात्रा में मौजूद था। वर्तमान में वायु मात्रा के हिसाब से इसका योगदान ~21% है। वातावरण में O2 की उपस्थिति और संचय हरे पौधों की महत्वपूर्ण गतिविधि से जुड़ा है। ~70-120 बिलियन टन प्रतिवर्ष वायुमंडल में प्रवेश करता है। प्रकाश संश्लेषण में O2 बनता है। वन इसमें विशेष भूमिका निभाते हैं: 1 हेक्टेयर जंगल 1 घंटे में O2 देता है, जो 200 लोगों के सांस लेने के लिए पर्याप्त है।

5. ओजोन ढाल का निर्माण~ 25 किमी की ऊंचाई पर। O 3 का निर्माण सौर विकिरण की क्रिया के तहत O 2 के पृथक्करण के दौरान होता है। O 3 परत अधिकांश UV (240-290 एनएम) को बरकरार रखती है, जो जीवित चीजों के लिए हानिकारक है। ग्रह की ओजोन स्क्रीन का विनाश हमारे समय की वैश्विक समस्याओं में से एक है।

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश ऊर्जा का रासायनिक बंधन ऊर्जा में रूपांतरण है।कार्बनिक यौगिक।

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

ज्यादातर मामलों में, प्रकाश संश्लेषण एक उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन (O2) का उत्पादन करता है। हालाँकि, यह हमेशा मामला नहीं होता है क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के लिए कई अलग-अलग रास्ते होते हैं। ऑक्सीजन रिलीज के मामले में, इसका स्रोत पानी है, जिसमें से प्रकाश संश्लेषण की जरूरतों के लिए हाइड्रोजन परमाणु अलग हो जाते हैं।

प्रकाश संश्लेषण में कई प्रतिक्रियाएं होती हैं जिनमें विभिन्न रंगद्रव्य, एंजाइम, कोएंजाइम आदि भाग लेते हैं। मुख्य रंगद्रव्य क्लोरोफिल हैं, उनके अलावा कैरोटीनॉयड और फ़ाइकोबिलिन हैं।

प्रकृति में, पौधों में प्रकाश संश्लेषण के दो तरीके आम हैं: सी 3 और सी 4। अन्य जीवों की अपनी विशिष्ट प्रतिक्रियाएँ होती हैं। "प्रकाश संश्लेषण" शब्द के तहत इन विभिन्न प्रक्रियाओं को एकजुट करने वाली बात यह है कि इन सभी में, कुल मिलाकर, फोटॉन ऊर्जा का एक रासायनिक बंधन में रूपांतरण होता है। तुलना के लिए: रसायन संश्लेषण के दौरान, कुछ यौगिकों (अकार्बनिक) के रासायनिक बंधन की ऊर्जा अन्य - कार्बनिक में परिवर्तित हो जाती है।

प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं - प्रकाश और अंधकार।पहला प्रकाश विकिरण (hν) पर निर्भर करता है, जो प्रतिक्रियाओं को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक है। अंधेरा चरण प्रकाश से स्वतंत्र है।

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

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

O 2 अणु बनाने वाले ऑक्सीजन परमाणु कार्बन डाइऑक्साइड से नहीं, बल्कि पानी से लिए गए हैं। कार्बन डाइऑक्साइड कार्बन का एक स्रोत हैजो अधिक महत्वपूर्ण है. इसके बंधन के कारण पौधों को कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने का अवसर मिलता है।

ऊपर प्रस्तुत रासायनिक प्रतिक्रिया सामान्यीकृत और संपूर्ण है। यह प्रक्रिया के सार से बहुत दूर है. अतः ग्लूकोज कार्बन डाइऑक्साइड के छह अलग-अलग अणुओं से नहीं बनता है। CO2 का बंधन एक अणु में होता है, जो पहले पहले से मौजूद पांच-कार्बन चीनी से जुड़ता है।

प्रोकैरियोट्स में प्रकाश संश्लेषण की अपनी विशेषताएं होती हैं। तो बैक्टीरिया में, मुख्य वर्णक बैक्टीरियोक्लोरोफिल होता है, और ऑक्सीजन जारी नहीं होता है, क्योंकि हाइड्रोजन पानी से नहीं लिया जाता है, बल्कि अक्सर हाइड्रोजन सल्फाइड या अन्य पदार्थों से लिया जाता है। नीले-हरे शैवाल में, मुख्य वर्णक क्लोरोफिल होता है, और प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन निकलती है।

प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, उज्ज्वल ऊर्जा के कारण एटीपी और एनएडीपी·एच 2 का संश्लेषण होता है।ऐसा होता है क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स पर, जहां वर्णक और एंजाइम इलेक्ट्रोकेमिकल सर्किट के कामकाज के लिए जटिल परिसरों का निर्माण करते हैं, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और आंशिक रूप से हाइड्रोजन प्रोटॉन को स्थानांतरित किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन कोएंजाइम एनएडीपी पर समाप्त होते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज होने के कारण कुछ प्रोटॉन को अपनी ओर आकर्षित करता है और एनएडीपी एच 2 में बदल जाता है। इसके अलावा, थायलाकोइड झिल्ली के एक तरफ प्रोटॉन और दूसरी तरफ इलेक्ट्रॉनों का संचय एक इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट बनाता है, जिसकी क्षमता का उपयोग एटीपी सिंथेटेज़ एंजाइम द्वारा एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड से एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के मुख्य वर्णक विभिन्न क्लोरोफिल हैं। उनके अणु प्रकाश के कुछ, आंशिक रूप से भिन्न स्पेक्ट्रा के विकिरण को ग्रहण करते हैं। इस मामले में, क्लोरोफिल अणुओं के कुछ इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं। यह एक अस्थिर अवस्था है, और, सिद्धांत रूप में, इलेक्ट्रॉनों को, उसी विकिरण के माध्यम से, बाहर से प्राप्त ऊर्जा को अंतरिक्ष में देना चाहिए और पिछले स्तर पर वापस आना चाहिए। हालाँकि, प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में, उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को स्वीकर्ता द्वारा पकड़ लिया जाता है और, उनकी ऊर्जा में क्रमिक कमी के साथ, वाहक श्रृंखला के साथ स्थानांतरित कर दिया जाता है।

थायलाकोइड झिल्लियों पर, दो प्रकार के फोटोसिस्टम होते हैं जो प्रकाश के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं।फोटोसिस्टम ज्यादातर क्लोरोफिल पिगमेंट का एक जटिल कॉम्प्लेक्स है जिसमें एक प्रतिक्रिया केंद्र होता है जिससे इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं। एक फोटोसिस्टम में, सूरज की रोशनी बहुत सारे अणुओं को पकड़ती है, लेकिन सारी ऊर्जा प्रतिक्रिया केंद्र में एकत्र हो जाती है।

फोटोसिस्टम I के इलेक्ट्रॉन, वाहकों की श्रृंखला से गुजरते हुए, NADP को पुनर्स्थापित करते हैं।

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

दूसरे फोटो सिस्टम के छिद्र परिणामस्वरूप बनने वाले इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं जल फोटोलिसिस. फोटोलिसिस भी प्रकाश की भागीदारी से होता है और इसमें एच 2 ओ का प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और ऑक्सीजन में अपघटन होता है। जल के फोटोलिसिस के परिणामस्वरूप मुक्त ऑक्सीजन बनती है। प्रोटॉन एक इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट के निर्माण और एनएडीपी में कमी में शामिल हैं। फोटोसिस्टम II के क्लोरोफिल द्वारा इलेक्ट्रॉन प्राप्त होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण का अनुमानित सारांश समीकरण:

एच 2 ओ + एनएडीपी + 2एडीपी + 2पी → ½O 2 + एनएडीपी एच 2 + 2एटीपी

चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन

कहा गया प्रकाश संश्लेषण का गैर-चक्रीय प्रकाश चरण. क्या कुछ और भी है जब NADP में कमी नहीं होती है तो चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन. इस मामले में, फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला में जाते हैं, जहां एटीपी संश्लेषित होता है। अर्थात्, यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती है, II से नहीं। पहला फोटोसिस्टम, जैसा कि था, एक चक्र लागू करता है: उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन इसमें वापस लौट आते हैं। रास्ते में, वे अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा एटीपी के संश्लेषण पर खर्च करते हैं।

फोटोफॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की तुलना सेलुलर श्वसन के चरण से की जा सकती है - ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, जो माइटोकॉन्ड्रियल क्राइस्टे पर होता है। वहां भी, एटीपी संश्लेषण वाहक श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के स्थानांतरण के कारण होता है। हालाँकि, प्रकाश संश्लेषण के मामले में, ऊर्जा एटीपी में कोशिका की जरूरतों के लिए नहीं, बल्कि मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की जरूरतों के लिए संग्रहीत होती है। और यदि श्वसन के दौरान कार्बनिक पदार्थ ऊर्जा के प्रारंभिक स्रोत के रूप में कार्य करते हैं, तो प्रकाश संश्लेषण के दौरान यह सूर्य का प्रकाश है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान एटीपी का संश्लेषण कहलाता है Photophosphorylationऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के बजाय।

प्रकाश संश्लेषण का अंधकारमय चरण

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का पहली बार विस्तार से अध्ययन केल्विन, बेन्सन, बैसेम द्वारा किया गया था। उनके द्वारा खोजे गए प्रतिक्रियाओं के चक्र को बाद में केल्विन चक्र, या सी 3-प्रकाश संश्लेषण कहा गया। पौधों के कुछ समूहों में, एक संशोधित प्रकाश संश्लेषण मार्ग देखा जाता है - सी 4, जिसे हैच-स्लैक चक्र भी कहा जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की अदीप्त अभिक्रियाओं में CO2 स्थिर होती है।डार्क चरण क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है।

सीओ 2 की पुनर्प्राप्ति एटीपी की ऊर्जा और प्रकाश प्रतिक्रियाओं में गठित एनएडीपी·एच 2 की कम करने की शक्ति के कारण होती है। इनके बिना कार्बन स्थिरीकरण नहीं होता है। इसलिए, यद्यपि अंधेरा चरण सीधे प्रकाश पर निर्भर नहीं करता है, यह आमतौर पर प्रकाश में भी आगे बढ़ता है।

केल्विन चक्र

अंधेरे चरण की पहली प्रतिक्रिया CO2 का योग है ( कार्बोक्सिलेशनइ) से 1,5-राइबुलोज बाइफॉस्फेट ( राइबुलोज 1,5-डिफॉस्फेट) – आरआईबीएफ. उत्तरार्द्ध एक दोगुना फॉस्फोराइलेटेड राइबोज है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम राइबुलोज-1,5-डाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसे एंजाइम भी कहा जाता है। रूबिस्को.

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

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

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

एफएचए को तीन-कार्बन शर्करा (ग्लिसराल्डिहाइड फॉस्फेट) में परिवर्तित किया जाता है ट्रायोज़ फॉस्फेट (टीएफ), जिसमें पहले से ही एक एल्डिहाइड समूह (-CHO) शामिल है:

एफएचए (3-एसिड) → टीएफ (3-चीनी)

यह प्रतिक्रिया एटीपी की ऊर्जा और एनएडीपी · एच 2 की कम करने वाली शक्ति का उपभोग करती है। टीएफ प्रकाश संश्लेषण का पहला कार्बोहाइड्रेट है।

उसके बाद, ट्रायोज़ फॉस्फेट का अधिकांश भाग राइबुलोज़ बिस्फ़ॉस्फेट (RiBP) के पुनर्जनन पर खर्च किया जाता है, जिसका उपयोग फिर से CO2 को बांधने के लिए किया जाता है। पुनर्जनन में 3 से 7 कार्बन परमाणुओं के साथ चीनी फॉस्फेट से युक्त एटीपी-उपभोग करने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है।

यह RiBF के इस चक्र में है कि केल्विन चक्र समाप्त होता है।

इसमें बनने वाले टीएफ का एक छोटा हिस्सा केल्विन चक्र से निकल जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड के 6 बाध्य अणुओं के संदर्भ में, उपज ट्रायोज़ फॉस्फेट के 2 अणु है। इनपुट और आउटपुट उत्पादों के साथ चक्र की कुल प्रतिक्रिया:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TF

इसी समय, 6 RiBP अणु बंधन में भाग लेते हैं और 12 FHA अणु बनते हैं, जो 12 TF में परिवर्तित हो जाते हैं, जिनमें से 10 अणु चक्र में रहते हैं और 6 RiBP अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं। चूँकि TF एक तीन-कार्बन शर्करा है, और RiBP एक पाँच-कार्बन है, तो कार्बन परमाणुओं के संबंध में हमारे पास है: 10 * 3 = 6 * 5। चक्र प्रदान करने वाले कार्बन परमाणुओं की संख्या नहीं बदलती है, सभी आवश्यक RiBP पुनर्जीवित होता है। और चक्र में शामिल कार्बन डाइऑक्साइड के छह अणु चक्र से निकलने वाले ट्रायोज़ फॉस्फेट के दो अणुओं के निर्माण पर खर्च होते हैं।

केल्विन चक्र, 6 बाध्य CO 2 अणुओं पर आधारित, 18 ATP अणुओं और 12 NADP · H 2 अणुओं का उपभोग करता है, जिन्हें प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं में संश्लेषित किया गया था।

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

ट्रायोज़ फॉस्फेट (टीपी) केल्विन चक्र का अंतिम उत्पाद है, लेकिन इसे शायद ही प्रकाश संश्लेषण का अंतिम उत्पाद कहा जा सकता है, क्योंकि यह लगभग जमा नहीं होता है, लेकिन, अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके ग्लूकोज, सुक्रोज, स्टार्च, वसा में बदल जाता है। फैटी एसिड, अमीनो एसिड. टीएफ के अलावा, एफएचए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हालाँकि, ऐसी प्रतिक्रियाएँ केवल प्रकाश संश्लेषक जीवों में ही नहीं होती हैं। इस अर्थ में, प्रकाश संश्लेषण का अंधकारमय चरण केल्विन चक्र के समान है।

एफएचए को चरणबद्ध एंजाइमेटिक कटैलिसीस द्वारा छह-कार्बन चीनी में परिवर्तित किया जाता है। फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट, जो में बदल जाता है ग्लूकोज. पौधों में, ग्लूकोज को स्टार्च और सेल्युलोज में पोलीमराइज़ किया जा सकता है। कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण ग्लाइकोलाइसिस की विपरीत प्रक्रिया के समान है।

प्रकाश श्वसन

ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण को रोकती है। वातावरण में जितना अधिक O2 होगा, CO2 पृथक्करण प्रक्रिया उतनी ही कम कुशल होगी। तथ्य यह है कि एंजाइम राइबुलोज बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज (रूबिस्को) न केवल कार्बन डाइऑक्साइड के साथ, बल्कि ऑक्सीजन के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकता है। इस मामले में, अंधेरे प्रतिक्रियाएं कुछ अलग हैं।

फॉस्फोग्लाइकोलेट फॉस्फोग्लाइकोलिक एसिड है। इसमें से फॉस्फेट समूह तुरंत अलग हो जाता है, और यह ग्लाइकोलिक एसिड (ग्लाइकोलेट) में बदल जाता है। इसके "उपयोग" के लिए पुनः ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। इसलिए, वायुमंडल में जितनी अधिक ऑक्सीजन होगी, उतनी ही अधिक यह फोटोरेस्पिरेशन को उत्तेजित करेगी और पौधे को प्रतिक्रिया उत्पादों से छुटकारा पाने के लिए उतनी ही अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी।

फोटोरेस्पिरेशन ऑक्सीजन की प्रकाश-निर्भर खपत और कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई है।अर्थात्, गैसों का आदान-प्रदान श्वसन के दौरान होता है, लेकिन क्लोरोप्लास्ट में होता है और प्रकाश विकिरण पर निर्भर करता है। प्रकाश श्वसन केवल प्रकाश पर निर्भर करता है क्योंकि राइबुलोज बाइफॉस्फेट का निर्माण प्रकाश संश्लेषण के दौरान ही होता है।

फोटोरेस्पिरेशन के दौरान, कार्बन परमाणु ग्लाइकोलेट से फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (फॉस्फोग्लिसरेट) के रूप में केल्विन चक्र में वापस आ जाते हैं।

2 ग्लाइकोलेट (सी 2) → 2 ग्लाइऑक्सिलेट (सी 2) → 2 ग्लाइसिन (सी 2) - सीओ 2 → सेरीन (सी 3) → हाइड्रोक्सीपाइरूवेट (सी 3) → ग्लाइसेरेट (सी 3) → एफजीके (सी 3)

जैसा कि आप देख सकते हैं, वापसी पूरी नहीं हुई है, क्योंकि जब ग्लाइसिन के दो अणु अमीनो एसिड सेरीन के एक अणु में परिवर्तित होते हैं, तो एक कार्बन परमाणु खो जाता है, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है।

ग्लाइकोलेट को ग्लाइऑक्साइलेट और ग्लाइसिन को सेरीन में बदलने के चरण में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

ग्लाइकोलेट का ग्लाइऑक्साइलेट और फिर ग्लाइसिन में रूपांतरण पेरोक्सीसोम में होता है, और सेरीन का संश्लेषण माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। सेरीन फिर से पेरोक्सीसोम में प्रवेश करती है, जहां यह पहले हाइड्रॉक्सीपाइरूवेट और फिर ग्लिसरेट का उत्पादन करती है। ग्लिसरेट पहले से ही क्लोरोप्लास्ट में प्रवेश करता है, जहां एफएचए को इससे संश्लेषित किया जाता है।

प्रकाश श्वसन मुख्य रूप से C3-प्रकार के प्रकाश संश्लेषण वाले पौधों के लिए विशिष्ट है। इसे हानिकारक माना जा सकता है, क्योंकि ग्लाइकोलेट को एफएचए में बदलने पर ऊर्जा बर्बाद होती है। जाहिर है, फोटोरेस्पिरेशन इस तथ्य के कारण उत्पन्न हुआ कि प्राचीन पौधे वातावरण में बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन के लिए तैयार नहीं थे। प्रारंभ में, उनका विकास कार्बन डाइऑक्साइड से समृद्ध वातावरण में हुआ था, और यह वह था जिसने मुख्य रूप से रूबिस्को एंजाइम के प्रतिक्रिया केंद्र पर कब्जा कर लिया था।

सी 4 -प्रकाश संश्लेषण, या हैच-स्लैक चक्र

यदि सी 3 प्रकाश संश्लेषण में अंधेरे चरण का पहला उत्पाद फॉस्फोग्लिसरिक एसिड होता है, जिसमें तीन कार्बन परमाणु शामिल होते हैं, तो सी 4 मार्ग में, पहला उत्पाद चार कार्बन परमाणुओं वाले एसिड होते हैं: मैलिक, ऑक्सालोएसिटिक, एसपारटिक।

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

सी 4 -पौधे कार्बन मोनोऑक्साइड को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं, उनमें लगभग कोई फोटोरेस्पिरेशन नहीं होता है।

पौधे जिनमें प्रकाश संश्लेषण का अंधेरा चरण सी 4 मार्ग के साथ आगे बढ़ता है, उनमें एक विशेष पत्ती संरचना होती है। इसमें संवाहक बंडल कोशिकाओं की दोहरी परत से घिरे होते हैं। आंतरिक परत संचालन किरण की परत है। बाहरी परत मेसोफिल कोशिकाएं हैं। क्लोरोप्लास्ट कोशिका परतें एक दूसरे से भिन्न होती हैं।

मेसोफिलिक क्लोरोप्लास्ट की विशेषता बड़े दाने, फोटोसिस्टम की उच्च गतिविधि, एंजाइम RiBP कार्बोक्सिलेज (रूबिस्को) और स्टार्च की अनुपस्थिति है। अर्थात्, इन कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए अनुकूलित होते हैं।

संवाहक बंडल की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में, ग्रैना लगभग विकसित नहीं होता है, लेकिन RiBP कार्बोक्सिलेज की सांद्रता अधिक होती है। ये क्लोरोप्लास्ट प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के लिए अनुकूलित होते हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड पहले मेसोफिल कोशिकाओं में प्रवेश करती है, कार्बनिक अम्लों से बंधती है, इस रूप में शीथ कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जारी किया जाता है, और फिर सी 3 पौधों की तरह ही बंध जाता है। अर्थात्, C 4 -पथ C 3 को प्रतिस्थापित करने के बजाय पूरक होता है।

मेसोफिल में, सीओ 2 को फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरूवेट (पीईपी) में मिलाकर ऑक्सालोएसिटेट (एसिड) बनाया जाता है, जिसमें चार कार्बन परमाणु शामिल होते हैं:

प्रतिक्रिया पीईपी-कार्बोक्सिलेज़ एंजाइम की भागीदारी के साथ होती है, जिसमें रूबिस्को की तुलना में सीओ 2 के लिए अधिक आकर्षण होता है। इसके अलावा, पीईपी-कार्बोक्सिलेज़ ऑक्सीजन के साथ संपर्क नहीं करता है, और इसलिए फोटोरेस्पिरेशन पर खर्च नहीं किया जाता है। इस प्रकार, C4 प्रकाश संश्लेषण का लाभ कार्बन डाइऑक्साइड के अधिक कुशल निर्धारण, शीथ कोशिकाओं में इसकी एकाग्रता में वृद्धि और, परिणामस्वरूप, RiBP कार्बोक्सिलेज के अधिक कुशल संचालन में निहित है, जिसका उपयोग फोटोरेस्पिरेशन के लिए लगभग नहीं किया जाता है।

ऑक्सालोएसीटेट को 4-कार्बन डाइकारबॉक्सिलिक एसिड (मैलेट या एस्पार्टेट) में परिवर्तित किया जाता है, जिसे संवहनी बंडलों को अस्तर करने वाली कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में ले जाया जाता है। यहां, एसिड डीकार्बोक्सिलेटेड (सीओ2 को हटाना), ऑक्सीकृत (हाइड्रोजन को हटाना) और पाइरूवेट में परिवर्तित हो जाता है। हाइड्रोजन NADP को पुनर्स्थापित करता है। पाइरूवेट मेसोफिल में लौटता है, जहां एटीपी की खपत के साथ पीईपी पुनर्जीवित होता है।

अस्तर कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में फटा हुआ CO 2 प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के सामान्य C 3 पथ, यानी केल्विन चक्र में चला जाता है।

हैच-स्लैक मार्ग पर प्रकाश संश्लेषण के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

ऐसा माना जाता है कि सी 4 मार्ग सी 3 मार्ग की तुलना में बाद में विकसित हुआ और कई मायनों में फोटोरेस्पिरेशन के खिलाफ एक अनुकूलन है।

1. अवधारणाओं की परिभाषा दीजिए।
प्रकाश संश्लेषण- प्रकाश संश्लेषक वर्णकों की भागीदारी से प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया।
स्वपोषकवे जीव जो अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं।
हेटरोट्रॉफ़ ऐसे जीव हैं जो प्रकाश संश्लेषण या रसायन संश्लेषण द्वारा अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने में असमर्थ होते हैं।
मिक्सोट्रॉफ़्स- जीव जो कार्बन और ऊर्जा के विभिन्न स्रोतों का उपयोग कर सकते हैं।

2. तालिका भरें.

3. तालिका भरें.

4. महान रूसी वैज्ञानिक के.ए.तिमिर्याज़ेव के कथन का सार स्पष्ट करें: "एक लॉग एक डिब्बाबंद सौर ऊर्जा है।"
लॉग एक पेड़ का एक हिस्सा है, इसके ऊतकों में संचित कार्बनिक यौगिक (सेलूलोज़, चीनी, आदि) होते हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान बने होते हैं।

5. समग्र प्रकाश संश्लेषण समीकरण लिखिए। प्रतिक्रियाओं के घटित होने के लिए आवश्यक शर्तों को निर्दिष्ट करना न भूलें।

12. एक शब्द चुनें और बताएं कि इसका आधुनिक अर्थ इसकी जड़ों के मूल अर्थ से कैसे मेल खाता है।
चुना गया शब्द मिक्सोट्रॉफ़्स है।
पत्र-व्यवहार। यह शब्द निर्दिष्ट है, क्योंकि मिश्रित प्रकार के पोषण वाले जीव कहलाते हैं, जो कार्बन और ऊर्जा के विभिन्न स्रोतों का उपयोग करने में सक्षम होते हैं।

13. § 3.3 के मुख्य विचारों को तैयार करें और लिखें।
पोषण के प्रकार के अनुसार, सभी जीवित जीवों को विभाजित किया गया है:
स्वपोषी, अकार्बनिक से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं।
हेटरोट्रॉफ़ जो तैयार कार्बनिक पदार्थों पर भोजन करते हैं।
मिश्रित पोषण के साथ मिक्सोट्रॉफ़्स।
प्रकाश संश्लेषण फोटोट्रॉफ़्स द्वारा प्रकाश संश्लेषक वर्णक की भागीदारी के साथ प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया है।
इसे प्रकाश चरण (पानी और H+ अणु बनते हैं, जो अंधेरे चरण के लिए आवश्यक हैं, और ऑक्सीजन भी निकलते हैं) और अंधेरे (ग्लूकोज बनता है) में विभाजित किया गया है। कुल प्रकाश संश्लेषण समीकरण: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2। यह क्लोरोफिल की उपस्थिति में प्रकाश में प्रवाहित होता है। इस प्रकार, प्रकाश ऊर्जा परिवर्तित हो जाती है
रासायनिक बंधों की ऊर्जा, और पौधे अपने लिए ग्लूकोज और शर्करा बनाते हैं।

कार्बनिक (और अकार्बनिक) यौगिक।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को समग्र समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है:

6CO 2 + 6H 2 O® C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

प्रकाश में, एक हरे पौधे में, अत्यधिक ऑक्सीकृत पदार्थों - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थ बनते हैं, और आणविक ऑक्सीजन निकलती है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, न केवल सीओ 2 कम हो जाता है, बल्कि नाइट्रेट या सल्फेट्स भी कम हो जाते हैं, और ऊर्जा को पदार्थों के परिवहन सहित विभिन्न एंडर्जोनिक प्रक्रियाओं के लिए निर्देशित किया जा सकता है।

प्रकाश संश्लेषण के सामान्य समीकरण को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

12 एच 2 ओ → 12 [एच 2] + 6 ओ 2 (प्रकाश प्रतिक्रिया)

6 सीओ 2 + 12 [एच 2] → सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 ओ (डार्क रिएक्शन)

6 सीओ 2 + 12 एच 2 ओ → सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 ओ + 6 ओ 2

या CO2 के 1 मोल के संदर्भ में:

सीओ 2 + एच 2 ओ सीएच 2 ओ + ओ 2

प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सारी ऑक्सीजन पानी से आती है। समीकरण के दाईं ओर के पानी को कम नहीं किया जा सकता क्योंकि इसकी ऑक्सीजन CO2 से आती है। लेबल किए गए परमाणुओं के तरीकों का उपयोग करके, यह प्राप्त किया गया कि क्लोरोप्लास्ट में एच 2 ओ विषम है और इसमें बाहरी वातावरण से आने वाला पानी और प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाला पानी शामिल है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दोनों प्रकार के जल का उपयोग किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में ओ 2 के गठन का प्रमाण डच माइक्रोबायोलॉजिस्ट वान नील का काम है, जिन्होंने जीवाणु प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन किया, और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया एच 2 ओ का पृथक्करण है, न कि CO2 का अपघटन. सीओ 2 बैक्टीरिया (सायनोबैक्टीरिया को छोड़कर) के प्रकाश संश्लेषक आत्मसात करने में सक्षम, एच 2 एस, एच 2, सीएच 3 और अन्य को कम करने वाले एजेंटों के रूप में उपयोग किया जाता है, और ओ 2 का उत्सर्जन नहीं करते हैं।

इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को फोटोरिडक्शन कहा जाता है:

सीओ 2 + एच 2 एस → [सीएच 2 ओ] + एच 2 ओ + एस 2 या

सीओ 2 + एच 2 ए → [सीएच 2 ओ] + एच 2 ओ + 2ए,

जहां एच 2 ए - सब्सट्रेट को ऑक्सीकरण करता है, एक हाइड्रोजन दाता (उच्च पौधों में यह एच 2 ओ है), और 2 ए ओ 2 है। फिर पौधे के प्रकाश संश्लेषण में प्राथमिक फोटोकैमिकल कार्य पानी का ऑक्सीकरण एजेंट [ओएच] और कम करने वाले एजेंट [एच] में अपघटन होना चाहिए। [एच] सीओ 2 को पुनर्स्थापित करता है, और [ओएच] ओ 2 की रिहाई और एच 2 ओ के गठन की प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है।

हरे पौधों और प्रकाश संश्लेषक जीवाणुओं की भागीदारी से सौर ऊर्जा को कार्बनिक यौगिकों की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

इस अनूठी प्रक्रिया को लागू करने के लिए, विकास के क्रम में एक प्रकाश संश्लेषक उपकरण बनाया गया, जिसमें शामिल हैं:

I) फोटोएक्टिव पिगमेंट का एक सेट जो कुछ वर्णक्रमीय क्षेत्रों के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करने और इस ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करने में सक्षम है, और

2) इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा के विभिन्न रूपों में परिवर्तित करने के लिए एक विशेष उपकरण।

सबसे पहले, यह रिडॉक्स ऊर्जा , अत्यधिक अपचयित यौगिकों के निर्माण से संबद्ध, विद्युत रासायनिक स्थितिज ऊर्जा,संयुग्मन झिल्ली (ΔμH +) पर विद्युत और प्रोटॉन ग्रेडिएंट के गठन के कारण, एटीपी फॉस्फेट बांड की ऊर्जाऔर अन्य मैक्रोर्जिक यौगिक, जो बाद में कार्बनिक अणुओं की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं।

इन सभी प्रकार की रासायनिक ऊर्जा का उपयोग जीवन की प्रक्रिया में आयनों के अवशोषण और ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन के लिए और अधिकांश चयापचय प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है, अर्थात। एक रचनात्मक आदान-प्रदान में.

सौर ऊर्जा का उपयोग करने और इसे बायोस्फेरिक प्रक्रियाओं में पेश करने की क्षमता हरे पौधों की "ब्रह्मांडीय" भूमिका निर्धारित करती है, जिसके बारे में महान रूसी शरीर विज्ञानी के.ए. ने लिखा था। तिमिर्याज़ेव।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया स्थानिक और लौकिक संगठन की एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। स्पंदित विश्लेषण की उच्च गति विधियों के उपयोग से यह स्थापित करना संभव हो गया कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में विभिन्न दरों की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं - 10 -15 सेकेंड (ऊर्जा अवशोषण और माइग्रेशन प्रक्रियाएं फेमटोसेकंड समय अंतराल में होती हैं) से 10 4 सेकेंड (गठन) तक प्रकाश संश्लेषण उत्पादों का) प्रकाश संश्लेषक उपकरण में न्यूनतम आणविक स्तर पर 10 -27 मीटर 3 से लेकर फसलों के स्तर पर 10 5 मीटर 3 तक के आकार वाली संरचनाएं शामिल हैं।

प्रकाश संश्लेषण की अवधारणा.

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को बनाने वाली प्रतिक्रियाओं के पूरे जटिल सेट को एक योजनाबद्ध आरेख द्वारा दर्शाया जा सकता है, जो प्रकाश संश्लेषण के मुख्य चरणों और उनके सार को प्रदर्शित करता है। प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक योजना में, चार चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जो प्रतिक्रियाओं की प्रकृति और दर के साथ-साथ प्रत्येक चरण में होने वाली प्रक्रियाओं के अर्थ और सार में भिन्न होते हैं:

मैं मंच - शारीरिक.इसमें पिगमेंट (पी) द्वारा ऊर्जा के अवशोषण की फोटोफिजिकल प्रकृति की प्रतिक्रियाएं, इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा (पी *) के रूप में इसका भंडारण और प्रतिक्रिया केंद्र (आरसी) में स्थानांतरण शामिल हैं। सभी प्रतिक्रियाएँ अत्यंत तीव्र होती हैं और 10 -15 - 10 -9 s की दर से आगे बढ़ती हैं। ऊर्जा अवशोषण की प्राथमिक प्रतिक्रियाएं प्रकाश-संचयन एंटीना कॉम्प्लेक्स (एसएससी) में स्थानीयकृत होती हैं।

स्टेज II - फोटोकेमिकल।प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया केंद्रों में स्थानीयकृत होती हैं और 10 -9 सेकेंड की दर से आगे बढ़ती हैं। प्रकाश संश्लेषण के इस चरण में, प्रतिक्रिया केंद्र के वर्णक (पी (आरसी)) के इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा का उपयोग चार्ज को अलग करने के लिए किया जाता है। इस मामले में, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले एक इलेक्ट्रॉन को प्राथमिक स्वीकर्ता ए में स्थानांतरित किया जाता है, और अलग-अलग चार्ज (पी (आरसी) - ए) के साथ परिणामी प्रणाली में पहले से ही रासायनिक रूप में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होती है। ऑक्सीकृत वर्णक पी (आरसी) दाता (डी) के ऑक्सीकरण के कारण अपनी संरचना को पुनर्स्थापित करता है।

प्रतिक्रिया केंद्र में होने वाली एक प्रकार की ऊर्जा का दूसरे में परिवर्तन प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया की केंद्रीय घटना है, जिसके लिए सिस्टम के संरचनात्मक संगठन के लिए सख्त शर्तों की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, पौधों और जीवाणुओं में प्रतिक्रिया केंद्रों के आणविक मॉडल आम तौर पर ज्ञात हैं। संरचनात्मक संगठन में उनकी समानता स्थापित की गई, जो प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक प्रक्रियाओं के उच्च स्तर के रूढ़िवाद को इंगित करता है।

फोटोकैमिकल चरण (पी *, ए -) में बनने वाले प्राथमिक उत्पाद बहुत अस्थिर होते हैं, और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के बेकार नुकसान के साथ ऑक्सीकृत वर्णक पी * (पुनर्संयोजन प्रक्रिया) में वापस आ सकते हैं। इसलिए, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले गठित कम उत्पादों का तेजी से और स्थिरीकरण आवश्यक है, जो प्रकाश संश्लेषण के अगले, III चरण में किया जाता है।

चरण III - इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रतिक्रियाएं।विभिन्न रेडॉक्स क्षमता वाले वाहकों की एक श्रृंखला (ई एन ) तथाकथित इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) बनाता है। ईटीसी के रेडॉक्स घटक क्लोरोप्लास्ट में तीन मुख्य कार्यात्मक परिसरों के रूप में व्यवस्थित होते हैं - फोटोसिस्टम I (PSI), फोटोसिस्टम II (PSII), साइटोक्रोम बी 6 एफ-कॉम्प्लेक्स, जो इलेक्ट्रॉन प्रवाह की उच्च गति और इसके विनियमन की संभावना प्रदान करता है। ईटीसी के काम के परिणामस्वरूप, अत्यधिक कम किए गए उत्पाद बनते हैं: कम फेरेडॉक्सिन (पीडी बहाल) और एनएडीपीएच, साथ ही ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु, जिनका उपयोग सीओ 2 कटौती की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में किया जाता है जो IV बनाते हैं प्रकाश संश्लेषण का चरण.

चरण IV - कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण और कमी की "अंधेरी" प्रतिक्रियाएं।प्रतिक्रियाएँ कार्बोहाइड्रेट के निर्माण के साथ होती हैं, प्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद, जिसके रूप में सौर ऊर्जा संग्रहीत, अवशोषित और प्रकाश संश्लेषण की "प्रकाश" प्रतिक्रियाओं में परिवर्तित होती है। "अंधेरे" एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की गति - 10 -2 - 10 4 एस।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण का पूरा कोर्स तीन प्रवाहों - ऊर्जा प्रवाह, इलेक्ट्रॉन प्रवाह और कार्बन प्रवाह की परस्पर क्रिया से होता है। तीन धाराओं के संयुग्मन के लिए उनकी घटक प्रतिक्रियाओं के सटीक समन्वय और विनियमन की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण के सिद्धांत का विकास

सामान्य प्रकाश संश्लेषण समीकरण

क्लोरोप्लास्ट संरचना

10. क्लोरोप्लास्ट की उत्पत्ति

11. क्लोरोप्लास्ट की ओटोजेनी

12.

13. प्रकाश संश्लेषक पौधों के रंगद्रव्य

14. क्लोरोफिल

15.

16. फ़ाइकोबिलिन्स

17. कैरोटीनॉयड

18.

19. कैरोटीनॉयड के समूह:

20. फ्लेवोनोइड वर्णक

21. फ्लेवोनोइड वर्णक:

22. प्रकाश संश्लेषण के चरण

23.

24.

25. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था

26.

27. क्लोरोफिल उत्तेजना स्तर

28. वर्णक प्रणाली

29. थायलाकोइड झिल्ली में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन परिवहन प्रतिक्रियाओं का स्थानीयकरण

30. गैर-चक्रीय प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण (जेड-योजना, या गोविंदजी योजना)

31. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

32. चक्रीय प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

33. क्लोरोप्लास्ट में इलेक्ट्रॉनों का चक्रीय और गैर-चक्रीय परिवहन

34.

35. प्रकाश संश्लेषण की अंधकारमय अवस्था

36. C3 प्रकाश संश्लेषण, केल्विन चक्र

37. केल्विन चक्र का सामान्य समीकरण

38. C4 प्रकाश संश्लेषण (हैच-स्लैक-कारपिलोव पथ)

39.

40. क्रसुला प्रकार प्रकाश संश्लेषण

41. सीएएम प्रकाश संश्लेषण

42.

43.

44. प्रकाश संश्लेषण पर आंतरिक एवं बाह्य कारकों का प्रभाव

45. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

46. ​​प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

47. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

48. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

49. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

50. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

51. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

52. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

53. प्रकाश संश्लेषण का दैनिक पाठ्यक्रम

54. निष्कर्ष