प्रकाश संश्लेषण की डार्क फेज का क्या अर्थ है? प्रकाश संश्लेषण और रसायन संश्लेषण प्रक्रियाएं

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

"एक साथ प्रकाश के साथ"

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

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

इसका मतलब है कि ग्लूकोज बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के 6 अणु और पानी के 12 अणुओं का उपयोग (सूर्य के प्रकाश के साथ) किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ऑक्सीजन के छह अणु और पानी के छह अणु बनते हैं। यदि आप इसे मौखिक समीकरण के रूप में चित्रित करते हैं, तो आपको निम्नलिखित मिलता है:

पानी + सूरज => ग्लूकोज + ऑक्सीजन + पानी।

सूर्य ऊर्जा का बहुत शक्तिशाली स्रोत है। लोग हमेशा इसका इस्तेमाल बिजली पैदा करने, घरों को गर्म करने, पानी गर्म करने आदि के लिए करते हैं। लाखों साल पहले पौधों ने "पता लगाया" कि सौर ऊर्जा का उपयोग कैसे किया जाए, क्योंकि यह उनके अस्तित्व के लिए आवश्यक था। प्रकाश संश्लेषण को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से इस तरह से समझाया जा सकता है: पौधे सूर्य की प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करते हैं और इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चीनी (ग्लूकोज) होती है, जिसकी अधिकता पत्तियों में स्टार्च के रूप में जमा हो जाती है। , पौधे की जड़ें, तना और बीज। सूर्य की ऊर्जा पौधों, साथ ही उन जानवरों को हस्तांतरित की जाती है जिन्हें ये पौधे खाते हैं। जब एक पौधे को विकास और अन्य जीवन प्रक्रियाओं के लिए पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है, तो ये भंडार बहुत उपयोगी होते हैं।

पौधे सूर्य से ऊर्जा कैसे अवशोषित करते हैं?

प्रकाश संश्लेषण के बारे में संक्षेप में और स्पष्ट रूप से बात करते हुए, यह इस सवाल पर ध्यान देने योग्य है कि पौधे सौर ऊर्जा को कैसे अवशोषित करते हैं। यह पत्तियों की विशेष संरचना के कारण होता है, जिसमें क्लोरोप्लास्ट नामक हरी कोशिकाएं शामिल होती हैं, जिनमें क्लोरोफिल नामक एक विशेष पदार्थ होता है। यह वह है जो पत्तियों को अपना हरा रंग देता है और सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार होता है।

अधिकांश पत्ते चौड़े और चपटे क्यों होते हैं?

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

पौधों के लिए और क्या महत्वपूर्ण है?

मनुष्यों की तरह, पौधों को भी स्वस्थ रहने, बढ़ने और अपने महत्वपूर्ण कार्यों में अच्छा प्रदर्शन करने के लिए पोषक तत्वों और पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है। वे जड़ों के माध्यम से मिट्टी से पानी में घुले खनिज प्राप्त करते हैं। यदि मिट्टी में खनिज पोषक तत्वों की कमी है, तो पौधे सामान्य रूप से विकसित नहीं होगा। किसान अक्सर यह सुनिश्चित करने के लिए मिट्टी की जांच करते हैं कि फसलों के बढ़ने के लिए इसमें पर्याप्त पोषक तत्व हैं। अन्यथा, वे पौधों के पोषण और विकास के लिए आवश्यक खनिजों वाले उर्वरकों के उपयोग का सहारा लेते हैं।

प्रकाश संश्लेषण क्यों महत्वपूर्ण है?

बच्चों के लिए प्रकाश संश्लेषण को संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझाते हुए, यह बताने योग्य है कि यह प्रक्रिया दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाओं में से एक है। इस तरह के जोरदार बयान के क्या कारण हैं? सबसे पहले, प्रकाश संश्लेषण पौधों को खिलाता है, जो बदले में जानवरों और मनुष्यों सहित ग्रह पर अन्य सभी जीवित चीजों को खिलाते हैं। दूसरे, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, सांस लेने के लिए आवश्यक ऑक्सीजन वायुमंडल में छोड़ी जाती है। सभी जीवित चीजें ऑक्सीजन में सांस लेती हैं और कार्बन डाइऑक्साइड को बाहर निकालती हैं। सौभाग्य से, पौधे इसके विपरीत करते हैं, यही कारण है कि वे मनुष्यों और जानवरों के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे उन्हें सांस लेने में सक्षम बनाते हैं।

अद्भुत प्रक्रिया

यह पता चला है कि पौधे सांस भी ले सकते हैं, लेकिन मनुष्यों और जानवरों के विपरीत, वे हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं, ऑक्सीजन को नहीं। पौधे भी पीते हैं। इसलिए आपको उन्हें पानी देना चाहिए, नहीं तो वे मर जाएंगे। जड़ प्रणाली की मदद से, पानी और पोषक तत्वों को पौधे के जीव के सभी भागों में पहुँचाया जाता है, और कार्बन डाइऑक्साइड पत्तियों में छोटे छिद्रों के माध्यम से अवशोषित होता है। रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए ट्रिगर सूर्य का प्रकाश है। सभी प्राप्त चयापचय उत्पादों का उपयोग पौधों द्वारा पोषण के लिए किया जाता है, ऑक्सीजन को वातावरण में छोड़ा जाता है। इस प्रकार आप संक्षेप में और स्पष्ट रूप से समझा सकते हैं कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कैसे होती है।

प्रकाश संश्लेषण: प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरण

विचाराधीन प्रक्रिया के दो मुख्य भाग हैं। प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं (विवरण और तालिका - बाद में पाठ में)। पहले को प्रकाश चरण कहा जाता है। यह केवल क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन और एंजाइम एटीपी सिंथेटेस की भागीदारी के साथ थायलाकोइड्स की झिल्लियों में प्रकाश की उपस्थिति में होता है। प्रकाश संश्लेषण और क्या छुपाता है? दिन और रात आते ही एक दूसरे को प्रकाश दें और बदलें (केल्विन चक्र)। अंधेरे चरण के दौरान, वही ग्लूकोज, पौधों के लिए भोजन, का उत्पादन होता है। इस प्रक्रिया को प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रिया भी कहा जाता है।

प्रकाश चरण

अंधेरा चरण

1. क्लोरोप्लास्ट में होने वाली अभिक्रिया प्रकाश की उपस्थिति में ही संभव है। इन अभिक्रियाओं में प्रकाश ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। 2. क्लोरोफिल और अन्य वर्णक सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं। यह ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण के लिए जिम्मेदार प्रकाश प्रणालियों में स्थानांतरित हो जाती है। 3. पानी का उपयोग इलेक्ट्रॉनों और हाइड्रोजन आयनों के लिए किया जाता है, और यह ऑक्सीजन के उत्पादन में भी शामिल होता है 4. एटीपी (ऊर्जा भंडारण अणु) बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों और हाइड्रोजन आयनों का उपयोग किया जाता है, जिसकी प्रकाश संश्लेषण के अगले चरण में आवश्यकता होती है

1. ऑफ-लाइट चक्र की प्रतिक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती हैं 2. कार्बन डाइऑक्साइड और एटीपी से ऊर्जा का उपयोग ग्लूकोज के रूप में किया जाता है

निष्कर्ष

उपरोक्त सभी से, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

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

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश संश्लेषक रंगों की भागीदारी के साथ कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में प्रकाश ऊर्जा के निर्माण के लिए प्रक्रियाओं का एक समूह है।

इस प्रकार का पोषण पौधों, प्रोकैरियोट्स और एककोशिकीय यूकेरियोट्स की कुछ प्रजातियों के लिए विशिष्ट है।

प्राकृतिक संश्लेषण प्रकाश के साथ बातचीत में कार्बन और पानी को ग्लूकोज और मुक्त ऑक्सीजन में परिवर्तित करता है:

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 के कार्बनिक पदार्थों में रूपांतरण सहित विभिन्न गैर-सहज प्रतिक्रियाओं में अवशोषण, परिवर्तन और प्रकाश ऊर्जा के क्वांटा के उपयोग की प्रक्रियाओं का एक संयोजन है।

के चरण

पौधों में प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट के माध्यम से पत्तियों में होता है- प्लास्टिड्स के वर्ग से संबंधित अर्ध-स्वायत्त दो-झिल्ली वाले 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 प्रवाहकीय ऊतक के माध्यम से जड़ों 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 के साथ अनुमत होते हैं, जो एक दूसरे के साथ मिलकर थायलाकोइड्स बनाते हैं। यह उनमें है कि प्रकाश संश्लेषण होता है। साइनोबैक्टीरिया स्वयं क्लोरोप्लास्ट हैं, इसलिए उनमें प्राकृतिक संश्लेषण के लिए उपकरण एक अलग अंग में पृथक नहीं है।

प्रकाश संश्लेषण होता है वर्णक की भागीदारी के साथ, जो आमतौर पर क्लोरोफिल होते हैं। कुछ जीवों में एक अलग रंगद्रव्य, कैरोटीनॉयड या फाइकोबिलिन होता है। प्रोकैरियोट्स में वर्णक बैक्टीरियोक्लोरोफिल होता है, और ये जीव प्राकृतिक संश्लेषण के पूरा होने पर ऑक्सीजन का उत्सर्जन नहीं करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण दो चरणों से होकर गुजरता है - प्रकाश और अंधेरा। उनमें से प्रत्येक को कुछ प्रतिक्रियाओं और अंतःक्रियात्मक पदार्थों की विशेषता है। आइए हम प्रकाश संश्लेषण के चरणों की प्रक्रिया पर अधिक विस्तार से विचार करें।

प्रकाशमान

प्रकाश संश्लेषण का प्रथम चरणउच्च ऊर्जा उत्पादों के गठन की विशेषता है, जो एटीपी, एक सेलुलर ऊर्जा स्रोत, और एनएडीपी, एक कम करने वाला एजेंट है। चरण के अंत में, ऑक्सीजन एक उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होता है। प्रकाश चरण अनिवार्य रूप से सूर्य के प्रकाश के साथ होता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया थायलाकोइड्स की झिल्लियों में इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन, एटीपी सिंथेटेस और क्लोरोफिल (या अन्य वर्णक) की भागीदारी के साथ होती है।

इलेक्ट्रोकेमिकल सर्किट का कामकाज, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉनों और आंशिक रूप से हाइड्रोजन प्रोटॉन का स्थानांतरण होता है, वर्णक और एंजाइमों द्वारा गठित जटिल परिसरों में बनता है।

प्रकाश चरण प्रक्रिया विवरण:

1. जब सूर्य का प्रकाश पौधों के जीवों की पत्ती प्लेटों से टकराता 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 नकारात्मक रूप से आवेशित बाहरी तरफ गिर जाते हैं। यह एक साथ ऑक्सीकरण और क्लोरोफिल अणुओं के बाद में कमी के साथ होता है, जो पत्तियों में प्रवेश करने वाले पानी से अगले इलेक्ट्रॉनों को लेते हैं;
3. फिर, आयनों के निर्माण के साथ पानी का फोटोलिसिस होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं और ओएच रेडिकल्स में परिवर्तित हो जाते हैं जो भविष्य में प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं;
4. ये रेडिकल्स तब पानी के अणु और मुक्त ऑक्सीजन बनाने के लिए गठबंधन करते हैं, जो वायुमंडल में छोड़ा जाता है;
5. थायलाकोइड झिल्ली एक तरफ हाइड्रोजन आयन के कारण एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है, और दूसरी तरफ - इलेक्ट्रॉनों के कारण नकारात्मक;
6. जब झिल्ली के किनारों के बीच 200 mV का अंतर होता है, तो प्रोटॉन एंजाइम ATP सिंथेटेस से गुजरते हैं, जो ADP को ATP (फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया) में परिवर्तित करता है;
7. पानी से निकलने वाले परमाणु हाइड्रोजन के साथ, NADP + NADPH2 तक कम हो जाता है;

जबकि प्रतिक्रियाओं के दौरान मुक्त ऑक्सीजन वातावरण में छोड़ी जाती है, एटीपी और एनएडीपीएच 2 प्राकृतिक संश्लेषण के अंधेरे चरण में भाग लेते हैं।

अंधेरा

इस चरण के लिए एक अनिवार्य घटक कार्बन डाइऑक्साइड है।जो पौधे बाहरी वातावरण से पत्तियों में रंध्रों के माध्यम से लगातार अवशोषित करते हैं। डार्क फेज की प्रक्रिया क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में होती है। चूंकि इस स्तर पर बहुत अधिक सौर ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है और प्रकाश चरण के दौरान पर्याप्त एटीपी और एनएडीपीएच 2 का उत्पादन होगा, जीवों में प्रतिक्रियाएं दिन और रात दोनों समय आगे बढ़ सकती हैं। इस स्तर पर प्रक्रियाएं पिछले एक की तुलना में तेज हैं।

अंधेरे चरण में होने वाली सभी प्रक्रियाओं की समग्रता बाहरी वातावरण से प्राप्त कार्बन डाइऑक्साइड के क्रमिक परिवर्तनों की एक प्रकार की श्रृंखला के रूप में प्रस्तुत की जाती है:

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

चीनी के साथ-साथ फैटी एसिड, अमीनो एसिड, ग्लिसरॉल और न्यूक्लियोटाइड भी बनते हैं।

प्रकाश संश्लेषण का सार

प्राकृतिक संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों की तुलना की तालिका से, आप उनमें से प्रत्येक के सार का संक्षेप में वर्णन कर सकते हैं। प्रतिक्रियाओं में प्रकाश ऊर्जा के अनिवार्य समावेश के साथ क्लोरोप्लास्ट अनाज में प्रकाश चरण होता है। प्रतिक्रियाओं में प्रोटीन जैसे घटक शामिल होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों, एटीपी सिंथेटेस और क्लोरोफिल को ले जाते हैं, जो पानी के साथ बातचीत करते समय मुक्त ऑक्सीजन, एटीपी और एनएडीपीएच 2 बनाते हैं। क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में होने वाली अंधेरी अवस्था के लिए सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है। अंतिम चरण में प्राप्त एटीपी और एनएडीपीएच 2, कार्बन डाइऑक्साइड के साथ बातचीत करते समय, प्राकृतिक शर्करा (ग्लूकोज) बनाते हैं।

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

प्रकाश संश्लेषण- प्रकाश ऊर्जा (एचवी) के कारण अकार्बनिक यौगिकों से कार्बनिक यौगिकों का संश्लेषण। प्रकाश संश्लेषण का समग्र समीकरण:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश संश्लेषक पिगमेंट की भागीदारी के साथ होता है, जिसमें एटीपी के रूप में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक बंधन की ऊर्जा में परिवर्तित करने का एक अनूठा गुण होता है। प्रकाश संश्लेषक वर्णक प्रोटीन जैसे पदार्थ होते हैं। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण क्लोरोफिल वर्णक है। यूकेरियोट्स में, प्रकाश संश्लेषक वर्णक प्लास्टिड्स के आंतरिक झिल्ली में, प्रोकैरियोट्स में, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के आक्रमण में एम्बेडेड होते हैं।

क्लोरोप्लास्ट की संरचना माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना के समान है। ग्रेना थायलाकोइड्स की आंतरिक झिल्ली में प्रकाश संश्लेषक वर्णक होते हैं, साथ ही इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के प्रोटीन और एंजाइम एटीपी सिंथेटेस के अणु होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं: प्रकाश और अंधेरा।

प्रकाश चरणप्रकाश संश्लेषण केवल ग्रेना थायलाकोइड झिल्ली में प्रकाश में होता है। इस चरण में, क्लोरोफिल प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करता है, एक एटीपी अणु बनाता है और पानी का फोटोलिसिस करता है।

प्रकाश की मात्रा (एचवी) के प्रभाव में, क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, उत्तेजित अवस्था में गुजरता है:

Chl → Chl + ई -

इन इलेक्ट्रॉनों को वाहक द्वारा बाहर की ओर स्थानांतरित किया जाता है, अर्थात। मैट्रिक्स का सामना करने वाले थायलाकोइड झिल्ली की सतह, जहां वे जमा होते हैं।

इसी समय, पानी का प्रकाश-अपघटन थायलाकोइड्स के अंदर होता है, अर्थात्। प्रकाश के प्रभाव में इसका अपघटन

2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

परिणामी इलेक्ट्रॉनों को वाहक द्वारा क्लोरोफिल अणुओं में स्थानांतरित किया जाता है और उन्हें पुनर्स्थापित किया जाता है: क्लोरोफिल अणु एक स्थिर अवस्था में लौट आते हैं।

पानी के फोटोलिसिस के दौरान बनने वाले हाइड्रोजन प्रोटॉन थायलाकोइड के अंदर जमा हो जाते हैं, जिससे एच + जलाशय बन जाता है। नतीजतन, थायलाकोइड झिल्ली की आंतरिक सतह को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (एच + के कारण), और बाहरी सतह - नकारात्मक रूप से (ई - के कारण)। जैसे-जैसे विपरीत आवेशित कण झिल्ली के दोनों किनारों पर जमा होते हैं, संभावित अंतर बढ़ता जाता है। जब संभावित अंतर का महत्वपूर्ण मूल्य पहुंच जाता है, तो विद्युत क्षेत्र की ताकत एटीपी सिंथेटेस चैनल के माध्यम से प्रोटॉन को धक्का देना शुरू कर देती है। इस मामले में जारी ऊर्जा का उपयोग एडीपी अणुओं के फास्फारिलीकरण के लिए किया जाता है:

एडीपी + एफ → एटीपी

प्रकाश-संश्लेषण की प्रक्रिया में प्रकाश ऊर्जा के प्रभाव में ATP का बनना कहलाता है Photophosphorylation.

हाइड्रोजन आयन, थायलाकोइड झिल्ली की बाहरी सतह पर होने के कारण, वहाँ इलेक्ट्रॉनों से मिलते हैं और परमाणु हाइड्रोजन बनाते हैं, जो हाइड्रोजन वाहक अणु NADP (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) को बांधता है:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान, तीन प्रक्रियाएं होती हैं: पानी के अपघटन के कारण ऑक्सीजन का निर्माण, एटीपी का संश्लेषण, एनएडीपीएच एच 2 के रूप में हाइड्रोजन परमाणुओं का निर्माण। ऑक्सीजन वायुमंडल में फैलती है, एटीपी और एनएडीपीएच 2 डार्क फेज प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं।

अंधेरा चरणप्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट मैट्रिक्स में प्रकाश और अंधेरे दोनों में होता है और केल्विन चक्र में हवा से आने वाले CO2 के अनुक्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला है। अंधेरे चरण की प्रतिक्रियाएं एटीपी की ऊर्जा के कारण होती हैं। केल्विन चक्र में, CO2 एनएडीपीएच 2 से हाइड्रोजन के साथ ग्लूकोज बनाने के लिए बंध जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, मोनोसेकेराइड (ग्लूकोज, आदि) के अलावा, अन्य कार्बनिक यौगिकों के मोनोमर्स को संश्लेषित किया जाता है - अमीनो एसिड, ग्लिसरॉल और फैटी एसिड। इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण के लिए धन्यवाद, पौधे स्वयं को और पृथ्वी पर सभी जीवन को आवश्यक कार्बनिक पदार्थ और ऑक्सीजन प्रदान करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण और यूकेरियोट्स के श्वसन की तुलनात्मक विशेषताओं को तालिका में दिखाया गया है:

यूकेरियोट्स के प्रकाश संश्लेषण और श्वसन की तुलनात्मक विशेषताएं

संकेत	प्रकाश संश्लेषण	सांस
प्रतिक्रिया समीकरण	6CO 2 + 6H 2 O + प्रकाश ऊर्जा → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 ओ 2 → 6 एच 2 ओ + ऊर्जा (एटीपी)
प्रारंभिक पदार्थ	कार्बन डाइऑक्साइड, पानी
प्रतिक्रिया उत्पाद	कार्बनिक पदार्थ, ऑक्सीजन	कार्बन डाइऑक्साइड, पानी
पदार्थों के चक्र में महत्व	अकार्बनिक से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण	कार्बनिक पदार्थों का अकार्बनिक में अपघटन
ऊर्जा का परिवर्तन	कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में प्रकाश ऊर्जा का रूपांतरण	कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा का एटीपी . के उच्च-ऊर्जा बंधों की ऊर्जा में रूपांतरण
सबसे महत्वपूर्ण चरण	प्रकाश और अंधेरा चरण (केल्विन चक्र सहित)	अधूरा ऑक्सीकरण (ग्लाइकोलिसिस) और पूर्ण ऑक्सीकरण (क्रेब्स चक्र सहित)
प्रक्रिया का स्थान	क्लोरोप्लास्ट	हाइलोप्लाज्म (अपूर्ण ऑक्सीकरण) और माइटोकॉन्ड्रिया (पूर्ण ऑक्सीकरण)

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश और अंधेरे चरणों में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का ग्लूकोज के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में रूपांतरण कैसे होता है? उत्तर स्पष्ट कीजिए।

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और फिर उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को एटीपी और एनएडीपीएच-एच 2 की ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में, एटीपी और एनएडीपीएच-एच 2 की ऊर्जा ग्लूकोज के रासायनिक बंधनों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था में क्या होता है ?

उत्तर

प्रकाश की ऊर्जा से उत्साहित क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ जाते हैं, उनकी ऊर्जा एटीपी और एनएडीपी-एच 2 में संग्रहीत होती है। जल का प्रकाश-अपघटन होता है, ऑक्सीजन निकलती है।

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के दौरान होने वाली मुख्य प्रक्रियाएं क्या हैं?

उत्तर

वायुमण्डल से प्राप्त कार्बन डाइऑक्साइड तथा प्रकाश प्रावस्था में प्राप्त हाइड्रोजन से प्रकाश प्रावस्था में प्राप्त एटीपी की ऊर्जा से ग्लूकोज बनता है।

पादप कोशिका में क्लोरोफिल का क्या कार्य है?

उत्तर

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में भाग लेता है: प्रकाश चरण में, क्लोरोफिल प्रकाश को अवशोषित करता है, क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन प्रकाश ऊर्जा प्राप्त करता है, टूट जाता है और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ चला जाता है।

प्रकाश संश्लेषण में क्लोरोफिल अणुओं के इलेक्ट्रॉन क्या भूमिका निभाते हैं?

उत्तर

सूर्य के प्रकाश से उत्साहित क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं और एटीपी और एनएडीपीएच-एच 2 के निर्माण के लिए अपनी ऊर्जा छोड़ देते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की किस अवस्था में मुक्त ऑक्सीजन का निर्माण होता है?

उत्तर

प्रकाश चरण में, जल के प्रकाश-अपघटन के दौरान।

प्रकाश संश्लेषण के किस चरण में ATP संश्लेषण होता है?

उत्तर

प्रकाश चरण में।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान कौन सा पदार्थ ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में कार्य करता है?

उत्तर

पानी (पानी के फोटोलिसिस के दौरान ऑक्सीजन निकलती है)।

प्रकाश संश्लेषण की दर सीमित (सीमित) कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें से प्रकाश, कार्बन डाइऑक्साइड एकाग्रता और तापमान उत्सर्जित होते हैं। ये कारक प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं के लिए सीमित क्यों हैं?

उत्तर

क्लोरोफिल को उत्तेजित करने के लिए प्रकाश आवश्यक है, यह प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करता है। प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में कार्बन डाइऑक्साइड आवश्यक है, इससे ग्लूकोज का संश्लेषण होता है। तापमान परिवर्तन से एंजाइमों का विकृतीकरण होता है, प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाएं धीमी हो जाती हैं।

पादपों में किस उपापचयी अभिक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण के लिए प्रारंभिक पदार्थ है?

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं में।

पौधों की पत्तियों में प्रकाश-संश्लेषण की प्रक्रिया तीव्रता से चलती है। क्या यह पके और कच्चे फलों में होता है? उत्तर स्पष्ट कीजिए।

उत्तर

प्रकाश संश्लेषण पौधों के हरे भागों में प्रकाश के संपर्क में आने पर होता है। इस प्रकार हरे फलों की त्वचा में प्रकाश संश्लेषण होता है। प्रकाश संश्लेषण फलों के अंदर और पके (हरे नहीं) फलों की त्वचा में नहीं होता है।

विषय प्रकाश संश्लेषण के 3 चरण

धारा 3 प्रकाश संश्लेषण

1. प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण

2. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

3. प्रकाश संश्लेषण के दौरान CO2 के निर्धारण के तरीके

4.फोटोश्वसन

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण का सार उज्ज्वल ऊर्जा का अवशोषण और एक आत्मसात बल (एटीपी और एनएडीपीएच) में इसका परिवर्तन है, जो अंधेरे प्रतिक्रियाओं में कार्बन की कमी के लिए आवश्यक है। प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रियाओं की जटिलता के लिए उनके सख्त झिल्ली संगठन की आवश्यकता होती है। प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण क्लोरोप्लास्ट कणिकाओं में होता है।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषक झिल्ली एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया करती है: यह अवशोषित प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा को एनएडीपीएच की रेडॉक्स क्षमता में और एटीपी अणु में फॉस्फोरिल समूह की स्थानांतरण प्रतिक्रिया की क्षमता में परिवर्तित करती है। इस मामले में, ऊर्जा परिवर्तित होती है अपने बहुत ही अल्पकालिक रूप से एक लंबे समय तक रहने वाले रूप में। स्थिर ऊर्जा का उपयोग बाद में प्लांट सेल की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड की कमी के कारण होने वाली प्रतिक्रियाएं भी शामिल हैं।

क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्लियों में पांच बुनियादी पॉलीपेप्टाइड कॉम्प्लेक्स अंतर्निहित होते हैं: फोटोसिस्टम कॉम्प्लेक्स I (PS I), फोटोसिस्टम II कॉम्प्लेक्स (PSII), लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स II (CCKII), साइटोक्रोम b 6 f-कॉम्प्लेक्सतथा एटीपी सिंथेज़ (सीएफ 0 - सीएफ 1-कॉम्प्लेक्स)। PSI, PSII, और CCKII परिसरों में वर्णक (क्लोरोफिल, कैरोटेनॉयड्स) होते हैं, जिनमें से अधिकांश एंटीना पिगमेंट के रूप में कार्य करते हैं जो PSI और PSII प्रतिक्रिया केंद्रों के पिगमेंट के लिए ऊर्जा एकत्र करते हैं। पीएसआई और पीएसआईआई कॉम्प्लेक्स, साथ ही साइटोक्रोम बी 6 एफ-कॉम्प्लेक्स में रेडॉक्स कॉफ़ैक्टर्स होते हैं और प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन में शामिल होते हैं। इन परिसरों के प्रोटीन को हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड की एक उच्च सामग्री की विशेषता है, जो झिल्ली में उनके समावेश को सुनिश्चित करता है। एटीपी सिंथेज़ ( सीएफ 0 - सीएफ 1-कॉम्प्लेक्स) एटीपी के संश्लेषण को करता है। बड़े पॉलीपेप्टाइड परिसरों के अलावा, थायलाकोइड झिल्ली में छोटे प्रोटीन घटक होते हैं - प्लास्टोसायनिन, फेरेडॉक्सिनतथा फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी-ऑक्सीडोरडक्टेस,झिल्ली की सतह पर स्थित है। वे प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली का हिस्सा हैं।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चक्र में निम्नलिखित प्रक्रियाएं होती हैं: 1) प्रकाश संश्लेषक वर्णक अणुओं का प्रकाश-उत्तेजना; 2) ऐन्टेना से प्रतिक्रिया केंद्र में ऊर्जा का प्रवासन; 3) पानी के अणु का फोटोऑक्सीडेशन और ऑक्सीजन का विकास; 4) एनएडीपी का एनएडीपी-एन में फोटोरिडक्शन; 5) प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण, एटीपी का निर्माण।

क्लोरोप्लास्ट वर्णक कार्यात्मक परिसरों में संयुक्त होते हैं - वर्णक प्रणाली जिसमें प्रतिक्रिया केंद्र क्लोरोफिल होता है ए,प्रकाश संवेदीकरण करना, प्रकाश-कटाई वाले वर्णकों से युक्त एंटीना के साथ ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रियाओं से जुड़ा है। उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक योजना में दो प्रकाश-रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं जिनमें दो अलग-अलग फोटो सिस्टम शामिल हैं। उनके अस्तित्व के बारे में धारणा को 1957 में आर. इमर्सन ने उस प्रभाव के आधार पर सामने रखा था जिसे उन्होंने छोटी-तरंग दैर्ध्य बीम (650 एनएम) के साथ संयुक्त रोशनी द्वारा लंबी-तरंग दैर्ध्य लाल रोशनी (700 एनएम) की क्रिया को बढ़ाने के लिए खोजा था। इसके बाद, यह पाया गया कि फोटोसिस्टम II PSI की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है। प्रकाश संश्लेषण तभी प्रभावी होता है जब वे एक साथ कार्य करते हैं, जो इमर्सन प्रवर्धन प्रभाव की व्याख्या करता है।

PSI में प्रतिक्रिया केंद्र के रूप में क्लोरोफिल डिमर होता है और साथ 700 एनएम (पी 700) पर अधिकतम प्रकाश अवशोषण, साथ ही क्लोरोफिल ए 675-695, एंटीना घटक के रूप में कार्य करना। इस प्रणाली में प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता क्लोरोफिल का मोनोमेरिक रूप है ए 695, द्वितीयक स्वीकर्ता - आयरन-सल्फर प्रोटीन (-FeS)। प्रकाश की क्रिया के तहत PSI कॉम्प्लेक्स आयरन युक्त प्रोटीन - फेर्रेडॉक्सिन (Fd) को कम करता है और कॉपर युक्त प्रोटीन - प्लास्टोसायनिन (PC) का ऑक्सीकरण करता है।

PSII में क्लोरोफिल युक्त एक प्रतिक्रिया केंद्र शामिल है ए(पी 680) और एंटीना रंगद्रव्य - क्लोरोफिल ए 670-683। प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता फियोफाइटिन (Pf) है, जो इलेक्ट्रॉनों को प्लास्टोक्विनोन में स्थानांतरित करता है। पीएसआईआई में एस-सिस्टम का एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स भी शामिल है, जो पानी का ऑक्सीकरण करता है, और एक इलेक्ट्रॉन वाहक जेड। यह जटिल मैंगनीज, क्लोरीन और मैग्नीशियम की भागीदारी के साथ कार्य करता है। पीएसआईआई प्लास्टोक्विनोन (पीक्यू) को कम करता है और ओ 2 और प्रोटॉन की रिहाई के साथ पानी का ऑक्सीकरण करता है।

पीएसआईआई और पीएसआई के बीच की कड़ी प्लास्टोक्विनोन फंड है, प्रोटीन साइटोक्रोम कॉम्प्लेक्स बी 6 एफऔर प्लास्टोसायनिन।

पौधों के क्लोरोप्लास्ट में, प्रत्येक प्रतिक्रिया केंद्र में वर्णक के लगभग 300 अणु होते हैं, जो एंटीना या प्रकाश-संचयन परिसरों का हिस्सा होते हैं। क्लोरोफिल युक्त एक प्रकाश-संचयन प्रोटीन परिसर को क्लोरोप्लास्ट लैमेला से पृथक किया गया था एतथा बीऔर कैरोटेनॉयड्स (सीसीके), पीएसपी से निकटता से संबंधित हैं, और एंटीना कॉम्प्लेक्स, सीधे पीएसआई और पीएसआईआई (फोटो सिस्टम के एंटीना घटकों पर ध्यान केंद्रित) में शामिल हैं। आधा थायलाकोइड प्रोटीन और लगभग 60% क्लोरोफिल सीसीसी में स्थानीयकृत होते हैं। प्रत्येक CCK में 120 से 240 क्लोरोफिल अणु होते हैं।

एंटीना प्रोटीन कॉम्प्लेक्स PS1 में 110 क्लोरोफिल अणु होते हैं एएक आर 700 . के लिए 680-695 , उनमें से 60 एंटीना कॉम्प्लेक्स के घटक हैं, जिन्हें एसएसके एफएसआई माना जा सकता है। पीएसआई एंटीना कॉम्प्लेक्स में बी-कैरोटीन भी होता है।

PSII एंटीना प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में 40 क्लोरोफिल अणु होते हैं एएक पी 680 और बी-कैरोटीन के लिए अधिकतम 670-683 एनएम के अवशोषण के साथ।

एंटीना परिसरों के क्रोमोप्रोटीन में कोई फोटोकैमिकल गतिविधि नहीं होती है। उनकी भूमिका पी 700 और पी 680 प्रतिक्रिया केंद्रों के अणुओं की एक छोटी संख्या में क्वांटम ऊर्जा को अवशोषित और स्थानांतरित करना है, जिनमें से प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से जुड़ा हुआ है और एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया करता है। सभी क्लोरोफिल अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) का संगठन तर्कहीन है, क्योंकि सीधे सूर्य के प्रकाश में भी, प्रकाश क्वांटा एक वर्णक अणु पर प्रति 0.1 एस से अधिक बार नहीं गिरता है।

ऊर्जा के अवशोषण, भंडारण और प्रवास की प्रक्रियाओं के भौतिक तंत्रक्लोरोफिल अणुओं का अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है। फोटॉन अवशोषण(एचν) प्रणाली के विभिन्न ऊर्जा राज्यों में संक्रमण के कारण है। एक अणु में, एक परमाणु के विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक, कंपन और घूर्णी गति संभव है, और एक अणु की कुल ऊर्जा इस प्रकार की ऊर्जाओं के योग के बराबर होती है। अवशोषित प्रणाली की ऊर्जा का मुख्य संकेतक - इसकी इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा का स्तर, कक्षा में बाहरी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से निर्धारित होता है। पाउली के सिद्धांत के अनुसार, बाहरी कक्षा में विपरीत स्पिन वाले दो इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप युग्मित इलेक्ट्रॉनों की एक स्थिर प्रणाली होती है। प्रकाश ऊर्जा का अवशोषण इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में अवशोषित ऊर्जा के संचय के साथ एक इलेक्ट्रॉन के उच्च कक्षा में संक्रमण के साथ होता है। अवशोषण प्रणाली की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता अवशोषण की चयनात्मकता है, जो अणु के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास द्वारा निर्धारित की जाती है। एक जटिल कार्बनिक अणु में, मुक्त कक्षाओं का एक निश्चित समूह होता है, जिसमें प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते समय एक इलेक्ट्रॉन का संक्रमण संभव होता है। बोहर के "आवृत्तियों के नियम" के अनुसार, अवशोषित या उत्सर्जित विकिरण v की आवृत्ति को स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप होना चाहिए:

= (ई 2 - ई 1) / एच,

जहाँ h प्लैंक नियतांक है।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण एक विशिष्ट अवशोषण बैंड से मेल खाता है। इस प्रकार, अणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना इलेक्ट्रॉनिक-कंपन स्पेक्ट्रा की प्रकृति को निर्धारित करती है।

अवशोषित ऊर्जा का भंडारणरंगद्रव्य के इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अवस्थाओं की घटना से जुड़ा हुआ है। Mg-porphyrins की उत्तेजित अवस्थाओं की भौतिक नियमितताओं को इन वर्णकों (आकृति) के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण आरेख के विश्लेषण के आधार पर माना जा सकता है।

उत्तेजित अवस्थाएँ मुख्य रूप से दो प्रकार की होती हैं - सिंगलेट और ट्रिपलेट। वे इलेक्ट्रॉन स्पिन की ऊर्जा और अवस्था में भिन्न होते हैं। उत्तेजित सिंगलेट अवस्था में, जमीन पर इलेक्ट्रॉनों के स्पिन और उत्तेजित स्तर एंटीपैरलल रहते हैं; ट्रिपल अवस्था में संक्रमण होने पर, उत्तेजित इलेक्ट्रॉन का स्पिन एक द्विवार्षिक प्रणाली के गठन के साथ घूमता है। एक फोटॉन के अवशोषण पर, क्लोरोफिल अणु जमीन से (S 0) उत्तेजित एकल अवस्थाओं में से एक - S 1 या S 2 में से गुजरता है , जो एक उच्च ऊर्जा के साथ एक उत्तेजित स्तर पर एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के साथ होता है। उत्तेजित अवस्था S2 बहुत अस्थिर है। इलेक्ट्रॉन जल्दी से (10 -12 सेकंड के भीतर) अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा गर्मी के रूप में खो देता है और निचले कंपन स्तर S 1 पर गिर जाता है, जहां यह 10 -9 s के लिए हो सकता है। S 1 अवस्था में, एक इलेक्ट्रॉन स्पिन उत्क्रमण और त्रिक अवस्था T 1 में संक्रमण हो सकता है, जिसकी ऊर्जा S 1 से कम है .

उत्तेजित अवस्थाओं को निष्क्रिय करने के कई तरीके संभव हैं:

· सिस्टम के जमीनी अवस्था (प्रतिदीप्ति या स्फुरदीप्ति) में संक्रमण के साथ एक फोटान का उत्सर्जन;

ऊर्जा का दूसरे अणु में स्थानांतरण;

फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया में उत्तेजना ऊर्जा का उपयोग।

ऊर्जा प्रवासवर्णक अणुओं के बीच निम्नलिखित तंत्रों द्वारा किया जा सकता है। आगमनात्मक अनुनाद तंत्र(फॉस्टर मैकेनिज्म) संभव है बशर्ते कि इलेक्ट्रॉन संक्रमण को वैकल्पिक रूप से अनुमति दी जाए और ऊर्जा का आदान-प्रदान के अनुसार किया जाए उत्तेजना तंत्र।"एक्सिटॉन" शब्द का अर्थ एक अणु की इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अवस्था है, जहां उत्तेजित इलेक्ट्रॉन वर्णक अणु से बंधा रहता है और कोई आवेश पृथक्करण नहीं होता है। एक उत्तेजित वर्णक अणु से दूसरे अणु में ऊर्जा का स्थानांतरण उत्तेजना ऊर्जा के गैर-विकिरणीय हस्तांतरण द्वारा किया जाता है। उत्तेजित अवस्था में इलेक्ट्रॉन एक दोलनशील द्विध्रुव होता है। परिणामी प्रत्यावर्ती विद्युत क्षेत्र एक अन्य वर्णक अणु में एक इलेक्ट्रॉन के समान कंपन पैदा कर सकता है जब अनुनाद की स्थिति (जमीन और उत्तेजित स्तरों के बीच ऊर्जा की समानता) और प्रेरण की स्थिति पूरी होती है, जो अणुओं के बीच पर्याप्त रूप से मजबूत बातचीत का निर्धारण करती है (दूरी है 10 एनएम से अधिक नहीं)।

टेरेनिन-डेक्सटर के ऊर्जा प्रवासन का विनिमय-गुंजयमान तंत्रतब होता है जब संक्रमण वैकल्पिक रूप से निषिद्ध है और वर्णक के उत्तेजना पर एक द्विध्रुवीय नहीं बनता है। इसके कार्यान्वयन के लिए अतिव्यापी बाह्य कक्षकों के साथ अणुओं (लगभग 1 एनएम) के निकट संपर्क की आवश्यकता होती है। इन शर्तों के तहत, सिंगलेट और ट्रिपलेट दोनों स्तरों पर स्थित इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान संभव है।

फोटोकैमिस्ट्री में, की अवधारणा है क्वांटम व्ययप्रक्रिया। प्रकाश संश्लेषण के संबंध में, प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता का यह संकेतक दर्शाता है कि एक O 2 अणु को छोड़ने के लिए कितने क्वांटा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एक फोटोएक्टिव पदार्थ का प्रत्येक अणु एक साथ प्रकाश की केवल एक मात्रा को अवशोषित करता है। यह ऊर्जा प्रकाश सक्रिय पदार्थ के अणु में कुछ परिवर्तन करने के लिए पर्याप्त है।

क्वांटम प्रवाह दर के व्युत्क्रम को कहा जाता है आंशिक प्राप्ति: प्रकाश की एक मात्रा में मुक्त ऑक्सीजन अणुओं या अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं की संख्या। यह सूचक एक से कम है। इसलिए, यदि एक CO2 अणु के आत्मसात करने से 8 क्वांटा प्रकाश की खपत होती है, तो क्वांटम उपज 0.125 है।

प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की संरचना और इसके घटकों की विशेषताएं।प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में क्लोरोप्लास्ट की झिल्ली संरचनाओं में स्थित काफी बड़ी संख्या में घटक शामिल होते हैं। क्विनोन को छोड़कर लगभग सभी घटक प्रोटीन होते हैं जिनमें कार्यात्मक समूह होते हैं जो उत्क्रमणीय रेडॉक्स परिवर्तनों में सक्षम होते हैं और प्रोटॉन के साथ इलेक्ट्रॉनों या इलेक्ट्रॉनों के वाहक के कार्य करते हैं। कई ईटीसी वाहक में धातु (लोहा, तांबा, मैंगनीज) शामिल हैं। यौगिकों के निम्नलिखित समूहों को प्रकाश संश्लेषण में इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के सबसे महत्वपूर्ण घटकों के रूप में देखा जा सकता है: साइटोक्रोम, क्विनोन, पाइरीडीन न्यूक्लियोटाइड्स, फ्लेवोप्रोटीन, साथ ही लौह प्रोटीन, तांबा प्रोटीन और मैंगनीज प्रोटीन। ईटीसी में इन समूहों का स्थान प्राथमिक रूप से उनकी रेडॉक्स क्षमता के मूल्य से निर्धारित होता है।

प्रकाश संश्लेषण की अवधारणा, जिसके दौरान ऑक्सीजन निकलती है, आर. हिल और एफ. बेंडेल द्वारा इलेक्ट्रॉनिक परिवहन की जेड-योजना के प्रभाव में बनाई गई थी। यह योजना क्लोरोप्लास्ट में साइटोक्रोम की रेडॉक्स क्षमता को मापने के आधार पर प्रस्तुत की गई थी। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला वह स्थान है जहां इलेक्ट्रॉन की भौतिक ऊर्जा बांड की रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित होती है और इसमें पीएस I और पीएस II शामिल हैं। जेड-स्कीम पीएसआई के साथ पीएसआईआई के अनुक्रमिक कामकाज और संयोजन पर आधारित है।

700 एक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता है, क्लोरोफिल है (कुछ स्रोतों के अनुसार, क्लोरोफिल का एक डिमर), एक इलेक्ट्रॉन को एक मध्यवर्ती स्वीकर्ता में स्थानांतरित करता है और इसे फोटोकैमिक रूप से ऑक्सीकरण किया जा सकता है। A 0, एक मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता, क्लोरोफिल a का एक डिमर है।

द्वितीयक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता बाध्य लौह-सल्फर केंद्र ए और बी हैं। लौह-सल्फर प्रोटीन का संरचनात्मक तत्व आपस में जुड़े लौह और सल्फर परमाणुओं की जाली है, जिसे लौह-सल्फर क्लस्टर कहा जाता है।

फेरेडॉक्सिन, झिल्ली के बाहर स्थित क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमल चरण में घुलनशील एक लौह-प्रोटीन, पीएसआई प्रतिक्रिया केंद्र से एनएडीपी में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण करता है, जिसके परिणामस्वरूप एनएडीपीएच बनता है, जो सीओ 2 को ठीक करने के लिए आवश्यक है। . प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन-उत्पादक जीवों (सायनोबैक्टीरिया सहित) के सभी घुलनशील फेरेडॉक्सिन 2Fe-2S प्रकार के होते हैं।

इलेक्ट्रॉन परिवहन घटक भी झिल्ली-बाध्य साइटोक्रोम f है। झिल्ली-बाध्य साइटोक्रोम एफ के लिए इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और प्रतिक्रिया केंद्र के क्लोरोफिल-प्रोटीन परिसर के लिए प्रत्यक्ष दाता एक तांबा युक्त प्रोटीन है जिसे "वितरण वाहक" - प्लास्टोसायनिन कहा जाता है।

क्लोरोप्लास्ट में साइटोक्रोम बी 6 और बी 559 भी होते हैं। साइटोक्रोम बी 6, जो एक 18 केडीए पॉलीपेप्टाइड है, चक्रीय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण में शामिल है।

बी 6 / एफ कॉम्प्लेक्स एक इंटीग्रल मेम्ब्रेन पॉलीपेप्टाइड कॉम्प्लेक्स है जिसमें टाइप बी और एफ साइटोक्रोम होते हैं। साइटोक्रोम बी 6 / एफ कॉम्प्लेक्स दो फोटो सिस्टम के बीच इलेक्ट्रॉनों के परिवहन को उत्प्रेरित करता है।

साइटोक्रोम बी 6 / एफ का परिसर पानी में घुलनशील मेटालोप्रोटीन - प्लास्टोसायनिन (पीसी) के एक छोटे से पूल को पुनर्स्थापित करता है, जो पीएस I कॉम्प्लेक्स को कम करने वाले समकक्षों को स्थानांतरित करने का कार्य करता है। प्लास्टोसायनिन तांबे के परमाणुओं वाला एक छोटा हाइड्रोफोबिक मेटालोप्रोटीन है।

पीएस II प्रतिक्रिया केंद्र में प्राथमिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता पी 680, मध्यवर्ती स्वीकर्ता फियोफाइटिन, और दो प्लास्टोक्विनोन (आमतौर पर नामित क्यू और बी), Fe 2+ के करीब स्थित हैं। प्राथमिक इलेक्ट्रॉन दाता क्लोरोफिल ए के रूपों में से एक है, जिसे पी 680 कहा जाता है, क्योंकि प्रकाश अवशोषण में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन 680 एनएम पर देखा गया था।

PS II में प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता प्लास्टोक्विनोन है। क्यू को आयरन-क्विनोन कॉम्प्लेक्स माना जाता है। पीएस II में एक द्वितीयक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता भी प्लास्टोक्विनोन है, जिसे बी कहा जाता है, और क्यू के साथ श्रृंखला में कार्य करता है। प्लास्टोक्विनोन / प्लास्टोक्विनोन सिस्टम एक साथ दो इलेक्ट्रॉनों के साथ दो और प्रोटॉन को स्थानांतरित करता है और इसलिए, एक दो-इलेक्ट्रॉन रेडॉक्स सिस्टम है। चूंकि प्लास्टोक्विनोन / प्लास्टोक्विनोन सिस्टम के माध्यम से दो इलेक्ट्रॉनों को ईटीसी में स्थानांतरित किया जाता है, दो प्रोटॉन को थायलाकोइड झिल्ली में स्थानांतरित किया जाता है। ऐसा माना जाता है कि इस मामले में होने वाली प्रोटॉन सांद्रता प्रवणता एटीपी संश्लेषण प्रक्रिया के पीछे प्रेरक शक्ति है। इसका परिणाम थायलाकोइड्स के अंदर प्रोटॉन की सांद्रता में वृद्धि और थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी और आंतरिक पक्षों के बीच एक महत्वपूर्ण पीएच ढाल की उपस्थिति है: आंतरिक पक्ष से, माध्यम बाहरी से अधिक अम्लीय होता है।

2. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

पानी FS-2 के लिए इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है। पानी के अणु, इलेक्ट्रॉन दान करते हुए, मुक्त हाइड्रॉक्सिल OH और प्रोटॉन H+ में क्षय हो जाते हैं। मुक्त हाइड्रॉक्सिल रेडिकल एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करके एच 2 ओ और ओ 2 देते हैं। यह माना जाता है कि मैंगनीज और क्लोरीन आयन पानी के फोटोऑक्सीडेशन में सहकारक के रूप में शामिल होते हैं।

पानी के फोटोलिसिस की प्रक्रिया में, प्रकाश संश्लेषण के दौरान किए गए फोटोकैमिकल कार्य का सार प्रकट होता है। लेकिन पानी का ऑक्सीकरण इस शर्त के तहत होता है कि पी 680 अणु से बाहर निकल गया इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता को स्थानांतरित कर दिया जाता है और आगे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ईटीसी) में स्थानांतरित हो जाता है। फोटोसिस्टम -2 के ईटीसी में, इलेक्ट्रॉनों के वाहक प्लास्टोक्विनोन, साइटोक्रोमेस, प्लास्टोसायनिन (तांबा युक्त एक प्रोटीन), एफएडी, एनएडीपी, आदि हैं।

पी 700 अणु से बाहर निकल गया इलेक्ट्रॉन लोहा और सल्फर युक्त प्रोटीन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और फेरेडॉक्सिन में स्थानांतरित हो जाता है। भविष्य में इस इलेक्ट्रॉन का मार्ग दुगना हो सकता है। इन रास्तों में से एक में फेरेडॉक्सिन से एक इलेक्ट्रॉन का वैकल्पिक स्थानांतरण वाहकों की एक श्रृंखला के माध्यम से वापस P 700 में होता है। तब प्रकाश की एक मात्रा P 700 अणु से अगले इलेक्ट्रॉन को बाहर निकाल देती है। यह इलेक्ट्रॉन फेरेडॉक्सिन तक पहुंचता है और क्लोरोफिल अणु में फिर से लौट आता है। प्रक्रिया की चक्रीय प्रकृति का स्पष्ट रूप से पता लगाया जाता है। जब एक इलेक्ट्रॉन को फेरेडॉक्सिन से स्थानांतरित किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा एडीपी और एच 3 पीओ 4 से एटीपी के निर्माण पर खर्च होती है। इस प्रकार के फोटोफॉस्फोराइलेशन का नाम आर। अर्नोन ने रखा था चक्रीय ... चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन सैद्धांतिक रूप से बंद रंध्र के साथ आगे बढ़ सकता है, क्योंकि इसके लिए वातावरण के साथ विनिमय आवश्यक नहीं है।

गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशनदोनों फोटोसिस्टम की भागीदारी के साथ आगे बढ़ता है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन पी 700 से बाहर निकल गए और एच + प्रोटॉन फेरेडॉक्सिन तक पहुंच गए और कई वाहक (एफएडी, आदि) के माध्यम से एनएडीपी को कम एनएडीपी · एच 2 के गठन के साथ स्थानांतरित कर दिया गया। उत्तरार्द्ध, एक शक्तिशाली कम करने वाले एजेंट के रूप में, प्रकाश संश्लेषण की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है। उसी समय, क्लोरोफिल पी 680 अणु, प्रकाश की एक मात्रा को अवशोषित करके, एक इलेक्ट्रॉन दान करते हुए, उत्तेजित अवस्था में चला जाता है। कई वाहकों से गुजरने के बाद, इलेक्ट्रॉन P 700 अणु में इलेक्ट्रॉनिक कमी को पूरा करता है। क्लोरोफिल पी 680 का इलेक्ट्रॉनिक "छेद" ओएच आयन से एक इलेक्ट्रॉन द्वारा भर दिया जाता है - पानी के फोटोलिसिस के उत्पादों में से एक। P680 से प्रकाश क्वांटम द्वारा खटखटाए गए इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा, जब इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से फोटोसिस्टम 1 तक जाती है, तो फोटोफॉस्फोराइलेशन के लिए उपयोग की जाती है। गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन के साथ, जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, जल फोटोलिसिस और मुक्त ऑक्सीजन की रिहाई होती है।

इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण फोटोफॉस्फोराइलेशन के माना तंत्र का आधार है। अंग्रेजी बायोकेमिस्ट पी. मिशेल ने फोटोफॉस्फोराइलेशन के सिद्धांत को सामने रखा, जिसे केमियोस्मोटिक सिद्धांत कहा जाता है। क्लोरोप्लास्ट का ईटीसी थायलाकोइड झिल्ली में स्थित होने के लिए जाना जाता है। ईटीसी (प्लास्टोक्विनोन) में इलेक्ट्रॉनों के वाहक में से एक, पी। मिशेल की परिकल्पना के अनुसार, न केवल इलेक्ट्रॉनों, बल्कि प्रोटॉन (एच +) को भी बाहर से अंदर की दिशा में थायलाकोइड झिल्ली के माध्यम से ले जाता है। थायलाकोइड झिल्ली के अंदर, प्रोटॉन के संचय के साथ, माध्यम अम्लीकृत होता है और इसके संबंध में, एक पीएच ढाल उत्पन्न होता है: बाहरी पक्ष आंतरिक की तुलना में कम अम्लीय हो जाता है। पानी के फोटोलिसिस के उत्पादों - प्रोटॉन की आमद के कारण भी यह ढाल बढ़ जाती है।

झिल्ली के बाहर और अंदर के बीच पीएच अंतर एक महत्वपूर्ण ऊर्जा स्रोत बनाता है। इस ऊर्जा की मदद से, थायलाकोइड झिल्ली के बाहरी तरफ विशेष मशरूम जैसे प्रकोपों ​​​​में विशेष नलिकाओं के माध्यम से प्रोटॉन को बाहर निकाल दिया जाता है। इन चैनलों में एक संयुग्मन कारक (विशेष प्रोटीन) होता है जो फोटोफॉस्फोराइलेशन में भाग लेने में सक्षम होता है। यह माना जाता है कि ऐसा प्रोटीन एंजाइम एटीपीस है, जो एटीपी के अपघटन को उत्प्रेरित करता है, लेकिन झिल्ली के माध्यम से बहने वाले प्रोटॉन की ऊर्जा की उपस्थिति में - और इसका संश्लेषण। जब तक पीएच प्रवणता है और इसलिए, जब तक इलेक्ट्रॉन फोटो सिस्टम में वाहक श्रृंखला के साथ चलते हैं, एटीपी भी संश्लेषित किया जाएगा। यह गणना की जाती है कि थायलाकोइड के अंदर ईटीसी से गुजरने वाले प्रत्येक दो इलेक्ट्रॉनों के लिए, चार प्रोटॉन जमा होते हैं, और संयुग्मन कारक की भागीदारी के साथ झिल्ली से बाहर निकाले गए प्रत्येक तीन प्रोटॉन के लिए, एक एटीपी अणु संश्लेषित होता है।

इस प्रकार, प्रकाश चरण के परिणामस्वरूप, प्रकाश ऊर्जा के कारण, एटीपी और एनएडीपीएच 2 बनते हैं, जो कि अंधेरे चरण में उपयोग किए जाते हैं, और पानी के फोटोलिसिस का उत्पाद, ओ 2, वायुमंडल में छोड़ा जाता है। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए समग्र समीकरण निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

2एच 2 ओ + 2एनएडीपी + 2 एडीपी + 2 एच 3 पीओ 4 → 2 एनएडीपीएच 2 + 2 एटीपी + ओ 2