पादप शरीरक्रिया विज्ञान - प्रकाश संश्लेषण 3

प्रकाशसंश्लेषण दो चरणों में पूरा होता है
प्रकाश अभिक्रिया:

A. प्रकाश अभिक्रिया:

1. यह थाइलाकॉयड डिस्क/ग्राना में होती है।

2. इसे प्रकाश चरण या प्रकाशरासायनिक अभिक्रियाएँ या प्रकाश-आश्रित अभिक्रियाएँ या हिल की अभिक्रियाएँ भी कहा जाता है।

3. सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा अवशोषित की जाती है और रासायनिक ऊर्जा (ATP और NADPH + H+) में परिवर्तित की जाती है।

4. जल के ऑक्सीकरण के कारण ऑक्सीजन उत्सर्जन।

5. इसमें PS1 और PSII शामिल होते हैं।

जल का विखंडन/जल का प्रकाश-विघटन

1. जल के विखंडन का स्थल PSII है।

2. जल-विखंडन संकुल PSII से संबद्ध पाया गया है, जो स्वयं थाइलाकॉयड झिल्ली के भीतरी ओर भौतिक रूप से स्थित है, इसलिए जल के विखंडन का स्थल PSII है।

3. जल को 2H+, [O] और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित किया जाता है। इससे ऑक्सीजन बनती है, जो प्रकाशसंश्लेषण का एक शुद्ध उत्पाद है।

4. इसे जल का प्रकाश-विघटन भी कहा जाता है क्योंकि जल अणु के विखंडन के लिए प्रकाश आवश्यक होता है।

5. जल के प्रकाश-विघटन को करने के लिए मैंगनीज आयन (Mg2+), क्लोराइड (Cl-) और कैल्शियम (Ca2+) आयन आवश्यक होते हैं।

6. जल के प्रकाश-विघटन से मुक्त हुए इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रवेश करते हैं और यह थाइलाकॉयड झिल्ली के पार प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनाता है।

7. प्रोटॉन ग्रेडिएंट के टूटने से ATP उत्पन्न होता है।

                                2H2O              4H+ + O2 + 4e-           
   

जल के प्रकाश-विघटन का महत्व

इलेक्ट्रॉनों को बदलना आवश्यक है जिन्हें फोटोसिस्टम II से हटाया गया था। यह पानी के विघटन से निकले इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त किया जाता है। फोटोसिस्टम I से हटाए गए इलेक्ट्रॉनों को बदलने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन फोटोसिस्टम II द्वारा प्रदान किए जाते हैं।

B. अंधी प्रतिक्रिया

1. क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है

2. इसे अंधे चरण या अंधी प्रतिक्रियाएँ या प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाएँ या ब्लैकमैन प्रतिक्रिया या जैवसंश्लेषी चरण भी कहा जाता है

3. अंधे चरण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करके ATP और NADPH से शर्कराएँ संश्लेषित की जाती हैं

4. इसमें कार्बन डाइऑक्साइड का न्यूनीकरण/स्थिरीकरण शामिल है

5. इसमें कोई फोटोसिस्टम शामिल नहीं होता

कैल्विन चक्र (C3 चक्र) को तीन विशिष्ट चरणों में विभाजित किया गया है:

A. कार्बन स्थिरीकरण: CO2 अणुओं को 5-कार्बन यौगिक, राइब्युलोज 1,5-बिस्फॉस्फेट (RuBP) में जोड़ा जाता है ताकि एक अस्थिर 6-कार्बन यौगिक उत्पन्न हो जो शीघ्र ही दो 3-कार्बन यौगिकों, 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (3-PGA) में विघटित हो जाता है।

B. न्यूनीकरण (ग्लाइकोलिटिक उलटा): प्रकाश प्रतिक्रियाओं से प्राप्त ATP और NADPH का उपयोग 3-PGA अणुओं को एक कार्बोहाइड्रेट अग्रद्रव्य, ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (G3P) में बदलने के लिए किया जाता है।

प्रारंभ में, दो ATP का उपयोग दो अणुओं के 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड को 1-3 बिस्फॉस्फोग्लिसरिक एसिड में बदलने के लिए किया जाता है और दो NADPH अणुओं की आवश्यकता होती है दो अणुओं के 1-3 बिस्फॉस्फोग्लिसरिक एसिड को 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड (3-PGAL) में बदलने के लिए। 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड को फ्रक्टोज 1-6 बिस्फॉस्फेट में और अंत में ग्लूकोज में बदला जाता है।

C. RuBP का पुनर्निर्माण: कुछ G3P अणु RuBP को पुनः उत्पन्न करने में प्रयुक्त होते हैं, जिससे चक्र निरंतर चलता रहे। एक RuBP अणु को पुनः चक्रित करने के लिए 1 ATP खर्च होता है।

इस प्रकार, एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु को स्थिर करने के लिए 3 ATP और 2 NADPH अणुओं का उपयोग होता है। ग्लूकोज़ के एक अणु के संश्लेषण के लिए कैल्विन चक्र के छः चक्रों की आवश्यकता होती है। अतः छः कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं को स्थिर करने के लिए 18 ATP और 12 NADPH की आवश्यकता होती है। कैल्विन चक्र को C3 चक्र भी कहा जाता है क्योंकि बना पहला स्थिर यौगिक 3-कार्बन यौगिक, 3-फॉस्फोग्लिसरिक अम्ल होता है।

रसायन-ऑस्मोटिक परिकल्पना

1. पीटर मिचेल द्वारा प्रस्तावित

2. रसायन-ऑस्मोटिक परिकल्पना प्रस्तावित करती है कि ATP संश्लेषण थाइलाकॉयड झिल्ली के पार प्रोटॉन ग्रेडिएंट के विकास से जुड़ा होता है।

3. जैसे ही इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुज़रते हैं, प्रोटॉन (H+) थाइलकॉयड झिल्ली के पार स्थानांतरित होते हैं, जिससे प्रोटॉन ग्रेडिएंट का निर्माण होता है। यहाँ प्रोटॉन का संचय झिल्ली के अंदर की ओर होता है, अर्थात् ल्यूमेन में।

4. प्रोटॉन के संचय से प्रोटॉन सांद्रता और आवेश दोनों का ग्रेडिएंट बनता है, जिससे झिल्ली के पार प्रोटॉन गतिज बल उत्पन्न होता है।

5. इस ग्रेडिएंट के टूटने से ATP का संश्लेषण होता है। ATP सिंथेज एंजाइम दो भागों से बना होता है: एक को CF0 कहा जाता है जो थाइलाकॉयड झिल्ली में एम्बेडेड होता है और एक ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल बनाता है जो झिल्ली के पार प्रोटॉन की सुविधाजनक विसरण प्रक्रिया को संचालित करता है। दूसरा भाग CF1 कहलाता है और थाइलाकॉयड झिल्ली की बाहरी सतह की ओर बाहर निकला होता है

6. यह ग्रेडिएंट इसलिए टूटता है क्योंकि प्रोटॉन ATP सिंथेज के CF0 के ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल के माध्यम से झिल्ली पार करके स्ट्रोमा में चले जाते हैं।

7. ग्रेडिएंट के टूटने से पर्याप्त ऊर्जा मुक्त होती है जो ATP सिंथेज के CF1 कण में एक अभिविन्यासात्मक परिवर्तन उत्पन्न करती है, जिससे ऊर्जा से भरी कई ATP अणुओं का निर्माण होता है