प्रकाश संश्लेषण का सामान्य समीकरण। प्रकाश संश्लेषण

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

प्रकाश संश्लेषण में कई प्रतिक्रियाएं होती हैं जिसमें विभिन्न वर्णक, एंजाइम, कोएंजाइम आदि भाग लेते हैं। मुख्य वर्णक क्लोरोफिल हैं, उनके अलावा, कैरोटीनॉयड और फाइकोबिलिन।

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

प्रकाश संश्लेषण की दो अवस्थाएँ होती हैं - प्रकाश और अन्धकार।पहला प्रकाश विकिरण (hν) पर निर्भर करता है, जो प्रतिक्रियाओं के आगे बढ़ने के लिए आवश्यक है। अंधेरा चरण प्रकाश 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 संश्लेषित होते हैं। आमतौर पर, प्रकाश संश्लेषण की कुल 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

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

ऊपर प्रस्तुत रासायनिक प्रतिक्रिया एक सामान्यीकृत और कुल है। यह प्रक्रिया के सार से बहुत दूर है। तो ग्लूकोज कार्बन डाइऑक्साइड के छह अलग-अलग अणुओं से नहीं बनता है। सीओ 2 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 हैं। तो बैक्टीरिया में, मुख्य वर्णक बैक्टीरियोक्लोरोफिल है, और ऑक्सीजन नहीं छोड़ा जाता है, क्योंकि हाइड्रोजन पानी से नहीं, 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 निकलता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रावस्था

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, एटीपी और एनएडीपी · एच 2 विकिरण ऊर्जा के कारण संश्लेषित होते हैं।हो जाता है क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स परजहां 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 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 विद्युत रासायनिक ढाल बनाता है, जिसकी क्षमता का उपयोग एटीपी सिंथेटेस 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 स्पेक्ट्रम के विकिरण को पकड़ लेते 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। हालांकि, प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में, उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को स्वीकर्ता द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और उनकी ऊर्जा में क्रमिक कमी के साथ, वाहक की श्रृंखला के साथ स्थानांतरित कर दिया जाता है।

थायलाकोइड झिल्ली पर, दो प्रकार के फोटो सिस्टम होते हैं जो प्रकाश के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं।फोटोसिस्टम ज्यादातर क्लोरोफिल पिगमेंट का एक जटिल परिसर है जिसमें एक प्रतिक्रिया केंद्र होता है जिससे इलेक्ट्रॉनों को फाड़ दिया जाता है। एक फोटोसिस्टम में, सूरज की रोशनी बहुत सारे अणुओं को पकड़ती है, लेकिन सारी ऊर्जा प्रतिक्रिया केंद्र में एकत्रित होती है।

फोटोसिस्टम I के इलेक्ट्रॉन, वाहक 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 फोटोसिस्टम के छेद के परिणामस्वरूप बनने वाले इलेक्ट्रॉनों से भरे हुए हैं जल फोटोलिसिस. फोटोलिसिस भी प्रकाश की भागीदारी के साथ होता है और इसमें एच 2 ओ का प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और ऑक्सीजन में अपघटन होता है। पानी के प्रकाश-अपघटन के परिणामस्वरूप मुक्त ऑक्सीजन का निर्माण होता है। प्रोटॉन एक विद्युत रासायनिक ढाल के निर्माण और एनएडीपी की 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 + 2 एडीपी + 2 पी → ½ ओ 2 + एनएडीपी एच 2 + 2 एटीपी

चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन

तथाकथित प्रकाश संश्लेषण की अचक्रीय प्रकाश प्रावस्था. क्या कुछ और है चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन जब NADP में कमी नहीं होती है. इस मामले में, फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला में जाते हैं, जहां एटीपी संश्लेषित होता है। यानी यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला फोटोसिस्टम I से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती है, II नहीं। पहला फोटोसिस्टम, जैसा कि यह था, एक चक्र को लागू करता है: उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन इसमें वापस आ जाते हैं। रास्ते में, वे अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा एटीपी के संश्लेषण पर खर्च करते हैं।

फोटोफॉस्फोराइलेशन और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की तुलना सेलुलर श्वसन के चरण से की जा सकती है - ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, जो माइटोकॉन्ड्रियल क्राइस्ट पर होता है। वहां भी, वाहक श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के हस्तांतरण के कारण एटीपी संश्लेषण होता है। हालांकि, प्रकाश संश्लेषण के मामले में, एटीपी में ऊर्जा को सेल की जरूरतों के लिए नहीं, बल्कि मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण की जरूरतों के लिए संग्रहीत किया जाता है। और अगर 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 ATP के संश्लेषण को कहते हैं Photophosphorylationऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के बजाय।

प्रकाश संश्लेषण का काला चरण

केल्विन, बेन्सन, बासेम द्वारा पहली बार प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण का विस्तार से अध्ययन 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 अन्धकारमय अभिक्रियाओं में CO, स्थिर होती है।अंधेरा चरण क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है।

सीओ 2 की रिकवरी 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, हालांकि 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 सीओ 2 का जोड़ है ( कार्बोक्सिलेशनइ) से 1,5-राइबुलोज बाइफॉस्फेट ( राइबुलोज 1,5-डाइफॉस्फेट) – आरआईबीएफ. उत्तरार्द्ध एक दोगुना फॉस्फोराइलेटेड राइबोज है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम राइबुलोज-1,5-डाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसे 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।

आरआईबीपी + सीओ 2 + एच 2 ओ → 2 एफजीके

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

एफएचए को तीन कार्बन चीनी (ग्लिसराल्डिहाइड फॉस्फेट) में परिवर्तित किया जाता है ट्रायोज 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 की खपत करती है। TF प्रकाश-संश्लेषण का प्रथम कार्बोहाइड्रेट है।

उसके बाद, ट्रायोज फॉस्फेट का अधिकांश भाग राइबुलोज बिस्फोस्फेट (RiBP) के पुनर्जनन पर खर्च किया जाता है, जिसे फिर से CO 2 को बांधने के लिए उपयोग किया जाता है। पुनर्जनन में एटीपी-खपत प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जिसमें 3 से 7 कार्बन परमाणुओं के साथ चीनी फॉस्फेट शामिल होते हैं।

RiBF के इसी चक्र में केल्विन चक्र का समापन होता है।

इसमें बनने वाले TF का एक छोटा हिस्सा केल्विन चक्र छोड़ देता है। कार्बन डाइऑक्साइड के 6 बाध्य अणुओं के संदर्भ में, उपज ट्राइओज फॉस्फेट के 2 अणु हैं। 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 होते हैं, जिनमें से 10 अणु चक्र में रहते हैं और 6 RiBP अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं। चूँकि TF एक तीन-कार्बन चीनी 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 पुन: उत्पन्न होता है। और चक्र में शामिल कार्बन डाइऑक्साइड के छह अणु चक्र से निकलने वाले ट्रायोज फॉस्फेट के दो अणुओं के निर्माण पर खर्च होते हैं।

6 बाध्य सीओ 2 अणुओं पर आधारित केल्विन चक्र, 18 एटीपी अणुओं और 12 एनएडीपी · एच 2 अणुओं का उपभोग करता है, जिन्हें प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं में संश्लेषित किया गया था।

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

ट्रायोज 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। TF के अलावा, FHA एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हालांकि, ऐसी प्रतिक्रियाएं न केवल प्रकाश संश्लेषक जीवों में होती हैं। इस अर्थ में, प्रकाश संश्लेषण का काला चरण केल्विन चक्र के समान है।

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

प्रकाश श्वसन

ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण को रोकता है। पर्यावरण में जितना अधिक ओ 2 होगा, सीओ 2 अनुक्रम 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। फॉस्फेट समूह इससे तुरंत अलग हो जाता है, और यह ग्लाइकोलिक एसिड (ग्लाइकोलेट) में बदल जाता है। इसके "उपयोग" के लिए फिर से ऑक्सीजन की जरूरत होती है। इसलिए, वातावरण में जितनी अधिक ऑक्सीजन होगी, उतना ही यह प्रकाश श्वसन को उत्तेजित करेगा और प्रतिक्रिया उत्पादों से छुटकारा पाने के लिए पौधे को उतनी ही अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी।

प्रकाश श्वसन ऑक्सीजन की प्रकाश-निर्भर खपत और कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई है।यानी 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 केवल प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनता है।

प्रकाश श्वसन के दौरान, कार्बन परमाणु ग्लाइकोलेट से कैल्विन चक्र में फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (फॉस्फोग्लाइसेरेट) के रूप में वापस आ जाते हैं।

2 ग्लाइकोलेट (सी 2) → 2 ग्लाइऑक्साइलेट (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 पूर्ण नहीं है, क्योंकि एक कार्बन परमाणु खो जाता है जब ग्लाइसीन के दो अणु अमीनो एसिड सेरीन के एक अणु में परिवर्तित हो जाते हैं, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है।

ग्लाइकोलेट के ग्लाइऑक्साइलेट और ग्लाइसिन से सेरीन में रूपांतरण के चरणों में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

ग्लाइकोलेट का ग्लाइऑक्साइलेट और फिर ग्लाइसिन में रूपांतरण पेरोक्सीसोम में होता है, और सेरीन को माइटोकॉन्ड्रिया में संश्लेषित किया जाता है। सेरीन फिर से पेरोक्सिसोम में प्रवेश करती है, जहां यह पहले हाइड्रोक्सीपाइरूवेट और फिर ग्लिसरेट का उत्पादन करती है। ग्लिसरेट पहले से ही क्लोरोप्लास्ट में प्रवेश करता है, जहां से एफएचए को 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। जाहिरा तौर पर, 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, पहले उत्पाद एसिड होते हैं जिनमें चार कार्बन परमाणु होते हैं: मैलिक, ऑक्सालोएसेटिक, 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, उनके पास लगभग कोई प्रकाश श्वसन नहीं होता है।

जिन पौधों में प्रकाश संश्लेषण की अँधेरी अवस्था C4 मार्ग के साथ आगे बढ़ती है, उनमें एक विशेष पत्ती संरचना होती है। इसमें संवाहक बंडल कोशिकाओं की दोहरी परत से घिरे होते हैं। आंतरिक परत संवाहक बीम की परत है। बाहरी परत मेसोफिल कोशिकाएं हैं। क्लोरोप्लास्ट कोशिका की परतें एक दूसरे से भिन्न होती हैं।

मेसोफिलिक क्लोरोप्लास्ट बड़े अनाज, फोटो सिस्टम की उच्च गतिविधि, एंजाइम आरआईबीपी कार्बोक्सिलेज (रूबिस्को) और स्टार्च की अनुपस्थिति की विशेषता है। यानी इन कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए अनुकूलित होते हैं।

संवाहक बंडल की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में, दाने लगभग विकसित नहीं होते हैं, 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 म्यान कोशिकाओं में ले जाया जाता है, छोड़ा जाता है, और फिर उसी तरह से बांधता है जैसे सी 3 पौधों में। अर्थात्, C 3 को प्रतिस्थापित करने के बजाय C 4-पथ पूरक है।

मेसोफिल में, ऑक्सीलोसेटेट (एसिड) बनाने के लिए सीओ 2 को फॉस्फोएनोलफ्रुवेट (पीईपी) में जोड़ा जाता है, जिसमें चार कार्बन परमाणु शामिल होते हैं:

प्रतिक्रिया पीईपी-कार्बोक्सिलेज एंजाइम की भागीदारी के साथ होती है, जिसमें रूबिस्को की तुलना में सीओ 2 के लिए उच्च आत्मीयता होती है। इसके अलावा, पीईपी-कार्बोक्सिलेज ऑक्सीजन के साथ बातचीत 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 में निहित है, म्यान कोशिकाओं में इसकी एकाग्रता में वृद्धि, और इसके परिणामस्वरूप, RiBP कार्बोक्सिलेज का अधिक कुशल संचालन, जो कि फोटोरेस्पिरेशन के लिए लगभग उपभोग नहीं किया जाता है।

ऑक्सालोसेटेट को 4-कार्बन डाइकारबॉक्सिलिक एसिड (मैलेट या एस्पार्टेट) में बदल दिया जाता है, जिसे संवहनी बंडलों को अस्तर करने वाली कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में ले जाया जाता है। यहां, एसिड डीकार्बोक्सिलेटेड (सीओ 2 को हटाने), ऑक्सीकृत (हाइड्रोजन को हटाने) 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 को इससे पुन: उत्पन्न किया जाता है।

अस्तर की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में फटा हुआ CO 2 प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के सामान्य C 3 पथ पर जाता है, अर्थात केल्विन चक्र तक।

हैच-स्लैक मार्ग के साथ 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 प्रकाश श्वसन के खिलाफ एक अनुकूलन है।

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 समग्र समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

6CO 2 + 6H 2 O® C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

एक 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 नाइट्रेट्स या सल्फेट्स भी होते 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 सीओ 2 के 1 मोल के संदर्भ में:

सीओ 2 + एच 2 ओ सीएच 2 ओ + ओ 2

प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सभी ऑक्सीजन पानी से आती है। समीकरण के दायीं 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 था कि क्लोरोप्लास्ट में एच 2 ओ विषम है और इसमें बाहरी वातावरण से आने वाले पानी और प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले पानी होते हैं। 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 सूक्ष्म जीवविज्ञानी वैन 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 सीओ 2 का अपघटन सीओ 2 बैक्टीरिया (सायनोबैक्टीरिया को छोड़कर) के प्रकाश संश्लेषक आत्मसात करने में सक्षम एजेंट 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 करता है। इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को कहते हैं 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 + 2 ए,

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। तब पादप प्रकाश-संश्लेषण में प्राथमिक प्रकाश-रासायनिक क्रिया एक ऑक्सीकरण एजेंट [OH] और एक कम करने वाले एजेंट [H] में पानी का 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 कार्बनिक यौगिकों की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस अनूठी प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए, विकास के दौरान, एक प्रकाश संश्लेषक उपकरण बनाया गया था: I) कुछ वर्णक्रमीय क्षेत्रों के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करने और इस ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करने में सक्षम फोटोएक्टिव पिगमेंट का एक सेट, और 2) एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा को विभिन्न रूपों में रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उपकरण। सबसे पहले, यह रेडॉक्स ऊर्जा , अत्यधिक कम यौगिकों के निर्माण से जुड़े, विद्युत रासायनिक संभावित ऊर्जा,संयुग्मन झिल्ली (Δμ H +) पर विद्युत और प्रोटॉन ग्रेडिएंट के गठन के कारण, एटीपी की फॉस्फेट बांड ऊर्जाऔर अन्य मैक्रोर्जिक यौगिक, जो तब 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 विनिमय 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. तिमिर्याज़ेव।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया स्थानिक और लौकिक संगठन की एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। नाड़ी विश्लेषण के उच्च गति वाले तरीकों के उपयोग ने यह स्थापित करना संभव बना दिया कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में विभिन्न दरों की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं - 10 -15 एस (ऊर्जा अवशोषण और प्रवासन प्रक्रियाएं महिला-सेकंड समय अंतराल में होती हैं) से 10 4 एस (गठन) तक प्रकाश संश्लेषण उत्पाद)। 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 प्रकृति और प्रतिक्रियाओं की 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 कैरोटेनॉइड; आरसी - प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया केंद्र - क्लोरोफिल डिमर एक; ईटीसी - प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला - क्लोरोप्लास्ट थायलाकोइड्स (संयुग्मित झिल्ली) की झिल्लियों में स्थानीयकृत होती है, इसमें क्विनोन, साइटोक्रोम, आयरन-सल्फर क्लस्टर प्रोटीन और अन्य इलेक्ट्रॉन वाहक शामिल होते हैं।

स्टेज I - भौतिक।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 प्रवास शामिल हैं। सभी प्रतिक्रियाएं बहुत तेज हैं और 10 -15 - 10 -9 s की दर से आगे बढ़ती हैं। ऊर्जा अवशोषण की प्राथमिक प्रतिक्रियाएं प्रकाश-कटाई एंटीना परिसरों (एलएससी) में स्थानीयकृत होती हैं।

स्टेज II - फोटोकैमिकल।प्रतिक्रियाएँ प्रतिक्रिया केंद्रों में स्थानीयकृत होती हैं और 10 -9 s की दर से आगे बढ़ती हैं। प्रकाश संश्लेषण के इस चरण में, प्रतिक्रिया केंद्र (P (RC)) के वर्णक के इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना की ऊर्जा का उपयोग चार्ज पृथक्करण के लिए किया जाता है। इस मामले में, एक उच्च ऊर्जा क्षमता वाले 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 गंभीर परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, पौधों और जीवाणुओं में प्रतिक्रिया केंद्रों के आणविक मॉडल आम तौर पर जाने जाते हैं। संरचनात्मक संगठन में उनकी समानता स्थापित की गई थी, 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 ही अस्थिर होते हैं, और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के बेकार नुकसान के साथ ऑक्सीकृत वर्णक पी * (पुनर्संयोजन प्रक्रिया) में वापस आ सकता है। इसलिए, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले गठित कम किए गए उत्पादों का तेजी से और स्थिरीकरण आवश्यक है, जो प्रकाश संश्लेषण के अगले, III चरण में किया जाता है।

स्टेज III - इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रतिक्रियाएं।विभिन्न रेडॉक्स क्षमता वाले वाहकों की एक श्रृंखला (ई n ) तथाकथित इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) 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 नियमन की संभावना प्रदान करता है। ईटीसी के काम के परिणामस्वरूप, अत्यधिक कम किए गए उत्पाद बनते हैं: कम किए गए फेरेडॉक्सिन (पीडी रिस्टोर) और एनएडीपीएच, साथ ही ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु, जिनका उपयोग सीओ 2 की कमी की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में किया जाता है जो IV बनाते हैं। प्रकाश संश्लेषण का चरण।

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

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण का पूरा कोर्स तीन प्रवाहों - ऊर्जा के प्रवाह, इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह और कार्बन के प्रवाह की परस्पर क्रिया के साथ किया जाता है। तीनों धाराओं के संयोजन 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 चरणों में उत्पन्न हुआ, 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 ब्रह्मांडीय 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 एक स्रोत है, बल्कि पृथ्वी पर बायोस्फेरिक प्रक्रियाओं के संतुलन में भी एक कारक है, जिसमें वातावरण में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड की सामग्री की स्थिरता, ओजोन स्क्रीन की स्थिति, सामग्री की सामग्री शामिल है। मिट्टी में ह्यूमस, ग्रीनहाउस प्रभाव, आदि।

प्रकाश संश्लेषण की वैश्विक शुद्ध उत्पादकता प्रति वर्ष 7-8·10 8 टन कार्बन 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, जिससे सभी जीवों का श्वसन सुनिश्चित होता है। ऑक्सीजन छोड़ने के सबसे महत्वपूर्ण परिणामों में से एक 25 किमी की ऊंचाई पर ऊपरी वायुमंडल में ओजोन स्क्रीन का निर्माण है। ओजोन (O3) सौर विकिरण की क्रिया के तहत O 2 अणुओं के फोटोडिसोसिएशन के परिणामस्वरूप बनता है और अधिकांश पराबैंगनी किरणों को फंसाता है जिनका सभी जीवित चीजों पर हानिकारक प्रभाव पड़ता है।

वातावरण में CO2 सामग्री का स्थिरीकरण भी प्रकाश संश्लेषण का एक आवश्यक कारक है। वर्तमान में, सीओ 2 की सामग्री हवा की मात्रा के हिसाब से 0.03–0.04% या कार्बन के संदर्भ में 711 बिलियन टन है। जीवों की श्वसन, विश्व महासागर, जिसके जल में वायुमंडल की तुलना में 60 गुना अधिक CO2 घुलती है, लोगों की उत्पादन गतिविधियाँ, एक ओर, प्रकाश संश्लेषण, दूसरी ओर, अपेक्षाकृत स्थिर स्तर बनाए रखती हैं। वातावरण में CO2। वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड, साथ ही पानी, अवरक्त किरणों को अवशोषित करते हैं और पृथ्वी पर महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी बनाए रखते हैं, जीवन के लिए आवश्यक स्थितियां प्रदान करते हैं।

हालांकि, पिछले दशकों में, जीवाश्म ईंधन के बढ़ते मानव जलने, वनों की कटाई और ह्यूमस के अपघटन के कारण, एक ऐसी स्थिति विकसित हुई है जहां तकनीकी प्रगति ने वायुमंडलीय घटनाओं के संतुलन को नकारात्मक बना दिया है। जनसांख्यिकीय समस्याओं से स्थिति बढ़ जाती है: हर दिन 200 हजार लोग पृथ्वी पर पैदा होते हैं, जिन्हें महत्वपूर्ण संसाधन उपलब्ध कराने की आवश्यकता होती है। इन परिस्थितियों ने प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन को इसकी सभी अभिव्यक्तियों में, प्रक्रिया के आणविक संगठन से लेकर बायोस्फेरिक घटना तक, आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की प्रमुख समस्याओं की श्रेणी में डाल दिया। सबसे महत्वपूर्ण कार्य कृषि फसलों और वृक्षारोपण की प्रकाश संश्लेषक उत्पादकता को बढ़ाने के साथ-साथ 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 प्रक्रिया है जो बड़े पैमाने पर होती है और सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक यौगिकों की ऊर्जा में बदलने से जुड़ी होती है। हरे पौधों द्वारा संग्रहीत यह ब्रह्मांडीय ऊर्जा, बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों तक, पृथ्वी पर अन्य सभी विषमपोषी जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि का आधार बनाती है। हरे पौधों की अंतरिक्ष और ग्रहों की गतिविधि के 5 मुख्य पहलू हैं।

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

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

3. ग्रीनहाउस प्रभाव।पृथ्वी की सतह को मुख्य रूप से सूर्य से गर्मी प्राप्त होती है। इसमें से कुछ ऊष्मा अवरक्त किरणों के रूप में वापस आ जाती है। वातावरण में निहित CO2 और H2O अवरक्त किरणों को अवशोषित करते हैं और इस प्रकार पृथ्वी पर महत्वपूर्ण मात्रा में ऊष्मा (ग्रीनहाउस प्रभाव) बनाए रखते हैं। श्वसन या किण्वन की प्रक्रिया में सूक्ष्मजीव और पौधे सीओ 2 की कुल मात्रा का ~ 85% सालाना वायुमंडल में प्रवेश करते हैं और परिणामस्वरूप, ग्रह के थर्मल शासन को प्रभावित करते हैं। वातावरण 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। हालांकि, यह संभव है कि वातावरण में CO2 की सांद्रता में वृद्धि से पादप प्रकाश संश्लेषण में वृद्धि होगी, जिससे CO2 की अतिरिक्त मात्रा का निर्धारण होगा।

4. वातावरण में O 2 का संचय।प्रारंभ में, O 2 पृथ्वी के वायुमंडल में सूक्ष्म मात्रा में मौजूद था। यह वर्तमान में हवा की मात्रा के हिसाब से ~ 21% है। वातावरण में O 2 की उपस्थिति और संचय हरे पौधों की महत्वपूर्ण गतिविधि से जुड़ा हुआ है। हर साल ~ 70-120 बिलियन टन वायुमंडल में प्रवेश करते हैं। O2 प्रकाश संश्लेषण में बनता है। वन इसमें विशेष भूमिका निभाते हैं: 1 घंटे में 1 हेक्टेयर जंगल O 2 देता है, जो 200 लोगों को सांस लेने के लिए पर्याप्त है।

5. ओजोन ढाल गठन~ 25 किमी की ऊंचाई पर। O 3 सौर विकिरण की क्रिया के तहत O 2 के वियोजन के दौरान बनता है। O 3 परत अधिकांश UV (240-290 nm) 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।

कार्बनिक (और अकार्बनिक) यौगिक।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया समग्र समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती 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 नाइट्रेट्स या सल्फेट्स भी होते 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 सीओ 2 के 1 मोल के संदर्भ में:

सीओ 2 + एच 2 ओ सीएच 2 ओ + ओ 2

प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सभी ऑक्सीजन पानी से आती है। समीकरण के दायीं 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 था कि क्लोरोप्लास्ट में एच 2 ओ विषम है और इसमें बाहरी वातावरण से आने वाले पानी और प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले पानी होते हैं। 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 सूक्ष्म जीवविज्ञानी वैन 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 सीओ 2 का अपघटन सीओ 2 बैक्टीरिया (सायनोबैक्टीरिया को छोड़कर) के प्रकाश संश्लेषक आत्मसात करने में सक्षम एजेंट 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 करता है।

इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को प्रकाश अपचयन कहते हैं:

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 + 2 ए,

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। तब पादप प्रकाश-संश्लेषण में प्राथमिक प्रकाश-रासायनिक क्रिया एक ऑक्सीकरण एजेंट [OH] और एक कम करने वाले एजेंट [H] में पानी का 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 कार्बनिक यौगिकों की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

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

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

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

सबसे पहले, यह रेडॉक्स ऊर्जा , अत्यधिक कम यौगिकों के निर्माण से जुड़े, विद्युत रासायनिक संभावित ऊर्जा,संयुग्मन झिल्ली (Δμ H +) पर विद्युत और प्रोटॉन ग्रेडिएंट के गठन के कारण, एटीपी फॉस्फेट बांड की ऊर्जाऔर अन्य मैक्रोर्जिक यौगिक, जो तब 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 विनिमय 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. तिमिर्याज़ेव।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया स्थानिक और लौकिक संगठन की एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। स्पंदित विश्लेषण के उच्च गति वाले तरीकों के उपयोग ने यह स्थापित करना संभव बना दिया कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में विभिन्न दरों की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं - 10 -15 एस (ऊर्जा अवशोषण और प्रवासन प्रक्रियाएं महिला-सेकंड समय अंतराल में होती हैं) से 10 4 एस (गठन) तक प्रकाश संश्लेषण उत्पाद)। प्रकाश संश्लेषक उपकरण में फसलों के स्तर पर सबसे कम आणविक स्तर पर 10 -27 मीटर 3 से लेकर 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 प्रकृति और प्रतिक्रियाओं की दर के साथ-साथ प्रत्येक चरण में होने वाली प्रक्रियाओं के अर्थ और सार में भिन्न होते हैं:

मैं मंच - भौतिक।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 प्रवास शामिल हैं। सभी प्रतिक्रियाएं बहुत तेज हैं और 10 -15 - 10 -9 s की दर से आगे बढ़ती हैं। ऊर्जा अवशोषण की प्राथमिक प्रतिक्रियाएं प्रकाश-कटाई एंटीना परिसरों (एसएससी) में स्थानीयकृत होती हैं।

स्टेज II - फोटोकैमिकल।प्रतिक्रियाएँ प्रतिक्रिया केंद्रों में स्थानीयकृत होती हैं और 10 -9 s 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, एक उच्च ऊर्जा क्षमता वाले 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 परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, पौधों और जीवाणुओं में प्रतिक्रिया केंद्रों के आणविक मॉडल आम तौर पर जाने जाते हैं। संरचनात्मक संगठन में उनकी समानता स्थापित की गई थी, 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 ही अस्थिर होते हैं, और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के बेकार नुकसान के साथ ऑक्सीकृत वर्णक पी * (पुनर्संयोजन प्रक्रिया) में वापस आ सकता है। इसलिए, उच्च ऊर्जा क्षमता वाले गठित कम किए गए उत्पादों का तेजी से और स्थिरीकरण आवश्यक है, जो प्रकाश संश्लेषण के अगले, III चरण में किया जाता है।

स्टेज III - इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रतिक्रियाएं।विभिन्न रेडॉक्स क्षमता वाले वाहकों की एक श्रृंखला (ई n ) तथाकथित इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) 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 नियमन की संभावना प्रदान करता है। ईटीसी के काम के परिणामस्वरूप, अत्यधिक कम किए गए उत्पाद बनते हैं: कम किए गए फेरेडॉक्सिन (पीडी बहाल) और एनएडीपीएच, साथ ही ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु, जिनका उपयोग सीओ 2 की कमी की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में किया जाता है जो IV बनाते हैं। प्रकाश संश्लेषण का चरण।

चरण IV - कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण और कमी की "अंधेरा" प्रतिक्रियाएं।प्रतिक्रियाएं कार्बोहाइड्रेट के गठन के साथ होती हैं, प्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद, जिसके रूप में सौर ऊर्जा को प्रकाश संश्लेषण की "प्रकाश" प्रतिक्रियाओं में संग्रहीत, अवशोषित और परिवर्तित किया जाता है। "अंधेरे" एंजाइमी 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 के साथ किया जाता है। तीनों धाराओं के संयोजन के लिए उनकी घटक प्रतिक्रियाओं के सटीक समन्वय और विनियमन की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण

प्रकाश संश्लेषण एक प्रक्रिया है
परिवर्तन
शरीर द्वारा अवशोषित
में प्रकाश ऊर्जा
रासायनिक ऊर्जा
कार्बनिक
(अकार्बनिक)
सम्बन्ध।
मुख्य भूमिका CO2 to . की वसूली है
के साथ कार्बोहाइड्रेट का स्तर
ऊर्जा का उपयोग
स्वेता।

प्रकाश संश्लेषण के सिद्धांत का विकास

क्लिमेंट अर्कादेविच तिमिर्याज़ेव
(22 मई (3 जून), 1843, पीटर्सबर्ग - 28
अप्रैल 1920, मॉस्को) वैज्ञानिक कार्य
तिमिरयाज़ेव के मुद्दे के प्रति समर्पित हैं
वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड का अपघटन
प्रभाव में हरे पौधे
सौर ऊर्जा। रचना का अध्ययन और
हरे रंगद्रव्य के ऑप्टिकल गुण
पौधे (क्लोरोफिल), इसकी उत्पत्ति,
भौतिक और रासायनिक स्थितियां
कार्बन डाइऑक्साइड का अपघटन, परिभाषा
एक सनबीम के घटक भाग,
इस आयोजन में भाग लेना
मात्रात्मक संबंध अध्ययन
अवशोषित ऊर्जा और के बीच
काम किया।

जोसेफ प्रीस्टली (मार्च 13 .)
1733 - 6 फरवरी, 1804 -
ब्रिटिश पादरी, असंतुष्ट, प्रकृतिवादी,
दार्शनिक, सार्वजनिक व्यक्ति।
पहले बनाया इतिहास
एक प्रख्यात रसायनज्ञ के रूप में,
ऑक्सीजन की खोज की और
कार्बन डाइआक्साइड

पियरे जोसेफ पेल्टियर - (22 मार्च, 1788 - जुलाई 19 .)
1842) - फ्रांसीसी रसायनज्ञ और फार्मासिस्ट, इनमें से एक
अल्कलॉइड रसायन के संस्थापक।
1817 में, जोसेफ बिएनमे कैवेंटौ के साथ, उन्होंने
पौधों की पत्तियों से एक हरे रंग का वर्णक अलग करता है, जो
उन्होंने इसे क्लोरोफिल कहा।

एलेक्सी निकोलाइविच बाख
(5 (17) मार्च 1857 - 13 मई,
1946) - सोवियत बायोकेमिस्ट और
प्लांट फिजियोलॉजिस्ट। व्यक्त
विचार है कि CO2 आत्मसात
प्रकाश संश्लेषण के दौरान है
युग्मित रेडॉक्स प्रक्रिया,
हाइड्रोजन और के कारण होता है
पानी का हाइड्रॉक्सिल, और ऑक्सीजन
के माध्यम से पानी से मुक्त
मध्यवर्ती पेरोक्साइड
सम्बन्ध।

सामान्य प्रकाश संश्लेषण समीकरण

6 CO2 + 12 H2O
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

उच्च पादपों में प्रकाश-संश्लेषण होता है
लीफ ऑर्गेनेल की विशेष कोशिकाएं
क्लोरोप्लास्ट।
क्लोरोप्लास्ट गोल या डिस्क के आकार के होते हैं
शरीर 1-10 माइक्रोन लंबा, 3 माइक्रोन तक मोटा होता है। विषय
कोशिकाओं में उनमें से 20 से 100 तक होते हैं।
रासायनिक संरचना (शुष्क भार के अनुसार%):
प्रोटीन - 35-55
लिपिड - 20-30
कार्बोहाइड्रेट - 10
आरएनए - 2-3
डीएनए - 0.5 . तक
क्लोरोफिल - 9
कैरोटेनॉयड्स - 4.5

क्लोरोप्लास्ट संरचना

10. क्लोरोप्लास्ट की उत्पत्ति

क्लोरोप्लास्ट गठन के प्रकार:
विभाजन
नवोदित
परमाणु पथ
अंधेरा
नाभिक
शुरुआती
कण
रोशनी
प्रोलैमिलरी
तन
प्रोप्लास्टिडा
क्लोरोप्लास्ट
परमाणु मार्ग आरेख

11. क्लोरोप्लास्ट की ओटोजेनी

12.

क्लोरोप्लास्ट हरे प्लास्टिड होते हैं जो
पौधों की कोशिकाओं और शैवाल में पाया जाता है।
क्लोरोप्लास्ट की संरचना:
1. बाहरी झिल्ली
2. इंटरमेम्ब्रेन
अंतरिक्ष
3. आंतरिक झिल्ली
(1+2+3: खोल)
4. स्ट्रोमा (द्रव)
5. थायलाकोइड लुमेन के साथ
6. थायलाकोइड झिल्ली
7. ग्रेना (थायलाकोइड्स का ढेर)
8. थायलाकोइड (लैमेला)
9. स्टार्च अनाज
10. राइबोसोम
11. प्लास्टिड डीएनए
12. प्लस्टोग्लोबुला (वसा की बूंद)

13. प्रकाश संश्लेषक पौधों के वर्णक

क्लोरोफिल
फाइकोबिलिन्स
फाइकोबिलिन
कैरोटीनॉयड
flavonoid
पिगमेंट

14. क्लोरोफिल

क्लोरोफिल -
हरा रंगद्रव्य,
कंडीशनिंग
क्लोरोप्लास्ट का रंग
हरे पौधे
रंग। रासायनिक
संरचना
क्लोरोफिल -
मैग्नीशियम परिसरों
विभिन्न
टेट्रापायरोल।
क्लोरोफिल होता है
पॉरफाइरिन
संरचना।

15.

क्लोरोफिल
क्लोरोफिल "ए"
(नीले हरे
बैक्टीरिया)
क्लोरोफिल "सी"
(भूरा शैवाल)
क्लोरोफिल "बी"
(उच्च पौधे,
हरा, चारो
समुद्री शैवाल)
क्लोरोफिल "डी"
(लाल शैवाल)

16. फाइकोबिलिन

फाइकोबिलिन हैं
रंगद्रव्य,
का प्रतिनिधित्व
सहायक
संश्लेषक
वर्णक जो कर सकते हैं
ऊर्जा संचारित करें
अवशोषित क्वांटा
क्लोरोफिल पर प्रकाश,
कार्रवाई के स्पेक्ट्रम का विस्तार
प्रकाश संश्लेषण।
खुला टेट्रापायरोल
संरचनाएं।
शैवाल में पाया जाता है।

17. कैरोटेनॉयड्स

संरचनात्मक सूत्र

18.

कैरोटीनॉयड हैं
वसा में घुलनशील
पीला रंगद्रव्य,
लाल और नारंगी
रंग की। जुड़ा हुआ
अधिकांश को रंगना
नारंगी सब्जियां और
फल।

19. कैरोटीनॉयड के समूह:

कैरोटीन एक पीले-नारंगी रंगद्रव्य हैं
असंतृप्त हाइड्रोकार्बन
कैरोटीनॉयड के समूह से।
फॉर्मूला C40H56। अघुलनशील
पानी में लेकिन घुलनशील
ऑर्गेनिक सॉल्वेंट।
सभी पौधों की पत्तियों में पाया जाता है, साथ ही
गाजर की जड़, गुलाब के कूल्हे, आदि
प्रोविटामिन विटामिन ए।
2.
ज़ैंथोफिल पौधे के रंगद्रव्य हैं
प्रिज्मीय क्रिस्टल में क्रिस्टलीकृत होता है
पीला रंग।
1.

20. फ्लेवोनोइड वर्णक

Flavonoids एक समूह हैं
पानी में घुलनशील प्राकृतिक
फेनोलिक यौगिक।
प्रतिनिधित्व करना
heterocyclic
ऑक्सीजन युक्त
मुख्य रूप से यौगिक
पीला, नारंगी, लाल
रंग की। वे से संबंधित हैं
यौगिक C6-C3-C6 श्रृंखला -
उनके अणुओं में दो
बेंजीन के छल्ले जुड़े
एक दूसरे के साथ तीन-कार्बन
टुकड़ा।
फ्लेवोन की संरचना

21. फ्लेवोनोइड वर्णक:

एंथोसायनिन प्राकृतिक पदार्थ हैं जो पौधों को रंग देते हैं;
ग्लाइकोसाइड्स से संबंधित हैं।
फ्लेवोन और फ्लेवोनोल्स। वे यूवी किरणों के अवशोषक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे क्लोरोफिल और साइटोप्लाज्म की रक्षा होती है
विनाश से।

22. प्रकाश संश्लेषण के चरण

रोशनी
में लागू किया गया
क्लोरोप्लास्ट का ग्रेना।
उपलब्ध होने पर लीक
हल्का तेज< 10 (-5)
सेकंड
अँधेरा
में लागू किया गया
रंगहीन प्रोटीन स्ट्रोमा
क्लोरोप्लास्ट।
बहने वाली रोशनी के लिए
आवश्यक नहीं
धीमा ~ 10 (-2) सेकंड

23.

24.

25. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान,
उच्च-ऊर्जा उत्पाद: एटीपी में सेवारत
ऊर्जा के स्रोत के रूप में सेल, और एनएडीपीएच, जिसका उपयोग किया जाता है
एक पुनर्स्थापक के रूप में। उप-उत्पाद के रूप में
ऑक्सीजन निकलती है।
सामान्य समीकरण:
एडीपी + एच3पीओ4 + एच2ओ + एनएडीपी
एटीपी + एनएडीपीएच + 1/2O2

26.

अवशोषण स्पेक्ट्रा
बराबर: 380 - 710 एनएम
कैरोटेनॉयड्स: 400550 एनएम मुख्य
अधिकतम: 480 एनएम
क्लोरोफिल:
स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र में
640-700 एनएम
नीले रंग में - 400-450 एनएम

27. क्लोरोफिल उत्तेजना स्तर

1 स्तर। एक उच्च में संक्रमण के साथ संबद्ध
प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा स्तर
दो बंधनों का संयुग्मन
दूसरा स्तर। अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजना के साथ संबद्ध
एक पोर्फिरीन में चार नाइट्रोजन और ऑक्सीजन परमाणु
अंगूठी।

28. वर्णक प्रणाली

फोटोसिस्टम I
200 अणुओं से मिलकर बनता है
क्लोरोफिल "ए", 50
कैरोइनोइड अणु और 1
वर्णक अणु
(पी700)
फोटोसिस्टम II
200 अणुओं से मिलकर बनता है
क्लोरोफिल "a670", 200
क्लोरोफिल "बी" अणु और
वर्णक का एक अणु
(पी680)

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

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

एक्स
इ
जी ई
एफएफ ई
एनएडीपी
पिक्सल
इ
फेज़
इ
एडीपी
साइट b6
इ
द्वितीय एफएस
एनएडीपीएच
एटीपी
इ
मैं एफएस
सीआईटी एफ
इ
इ
अंक
इ
R680
एचवी
O2
इ
एच2 ओ
R700
एचवी
एफएफ - फीफेटिन
पीएक्स - प्लास्टोक्विनोन
FeS - आयरन-सल्फर प्रोटीन
साइट बी6 - साइटोक्रोम
पीसी - प्लास्टोसायनिन
एफजी - फेरोडॉक्सिन
एक्स - अज्ञात प्रकृति।
मिश्रण

31. प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण प्रक्रिया है
प्रकाश संश्लेषण के दौरान ATP और NADPH का ऊर्जा निर्माण किसके साथ होता है?
प्रकाश क्वांटा का उपयोग करना।
प्रकार:
गैर-चक्रीय (जेड-योजना) दो
वर्णक प्रणाली।
चक्रीय फोटोसिस्टम I शामिल है।
स्यूडोसाइक्लिक यह गैर-चक्रीय प्रकार का अनुसरण करता है, लेकिन नहीं
ऑक्सीजन की दृश्य रिहाई।

32. चक्रीय प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण

इ
एडीपी
g
इ
एटीपी
साइटब6
इ
इ
भाव f
इ
पी700
एचवी
इ
एडीपी
एटीपी
साइट बी6 - साइटोक्रोम
एफजी - फेरोडॉक्सिन

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

34.

प्रकाश संश्लेषण का रसायन
प्रकाश संश्लेषण
किया गया
के माध्यम से
दो चरणों का क्रमिक प्रत्यावर्तन:
रोशनी,
बहता हुआ
साथ
बड़ा
गति और तापमान-स्वतंत्र;
अंधेरा, इसलिए नाम दिया गया क्योंकि
इस चरण में होने वाली प्रतिक्रियाएं
प्रकाश ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है।

35. प्रकाश संश्लेषण की डार्क स्टेज

अंधेरे चरण में एटीपी और एनएडीपीएच की भागीदारी के साथ
CO2 ग्लूकोज में अपचित हो जाती है (C6H12O6)।
हालांकि इसके लिए प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है
प्रक्रिया, वह इसके नियमन में भाग लेता है।

36. C3 प्रकाश संश्लेषण, केल्विन चक्र

केल्विन चक्र या रिकवरी
पेंटोस फॉस्फेट चक्र में तीन चरण होते हैं:
आरडीएफ का कार्बोक्सिलेशन।
वसूली। 3-FHA को घटाकर . कर दिया गया है
3-एफजीए।
RDF स्वीकर्ता का पुनर्जनन। एक श्रृंखला में किया गया
के साथ फॉस्फोराइलेटेड शर्करा के अंतर्रूपांतरण की प्रतिक्रियाएं
कार्बन परमाणुओं की भिन्न संख्या (ट्रायोसिस, टेट्रोज़,
पेंटोस, हेक्सोज, आदि)

37. केल्विन चक्र का सामान्य समीकरण

H2CO (पी)
सी = ओ
एचओ-सी-एच + * सीओ2
एच-सी-ओएच
H2CO (पी)
आरडीएफ
एच 2 * सीओ (पी)
2 एनएसओएन
यूएनएसडी
3-एफजीके
एच 2 * सीओ (पी)
2Нबेटा
एसओओ (आर)
1,3-एफजीके
एच 2 * सीओ (पी)
2Нबेटा
सी = ओ
एच
3-एफजीए
एच 2 * सीओ (पी)
2सी=ओ
एनएसओएन
3-एफडीए
संक्षेपण, या
बहुलकीकरण
एच
H2CO (पी)
H2CO (पी)
सी = ओ
सी = ओ
सी = ओ
एनएसओएन
नोक
नोक
नोक
एच * बेटा
एनएसओएन
एच * बेटा
एनएसओएन
एनएसओएन
एनएसओएन
H2CO (पी)
H2SON
H2CO (पी)
1,6-डाइफॉस्फेट-फ्रुक्टोज-6ग्लूकोज-6फ्रुक्टोज
फास्फेट
फास्फेट
एच
सी = ओ
एनएसओएन
नोक
एच * बेटा
एनएसओएन
H2SON
शर्करा

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

पौधों में दो प्रकार के क्लोरोप्लास्ट होते हैं।
RDF के अलावा, CO2 स्वीकर्ता तीन हो सकता है
कार्बन यौगिक - फ़ॉस्फ़ोइनॉल पीवीसी (FEP)
C4 - पथ पहली बार खोजा गया था
उष्णकटिबंधीय घास में। कार्यों में
यू.एस. कारपिलोव, एम. हैच, के. स्लैक विथ
लेबल कार्बन
यह दिखाया गया था कि पहले
इनमें प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद
पौधे जैविक हैं
अम्ल

39.

40. क्रसुला प्रकार प्रकाश संश्लेषण

पौधों की विशेषता
रसीला। रात में
कार्बन को ठीक करें
द्वारा कार्बनिक अम्ल
सेब में फायदा यह
प्रभाव में होता है
एंजाइमों
पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज। यह
दिन के दौरान अनुमति देता है
रंध्र को बंद रखें और
इस प्रकार कम करें
वाष्पोत्सर्जन इस प्रकार
सैम प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है।

41. सीएएम प्रकाश संश्लेषण

सीएएम प्रकाश संश्लेषण अलग करता है
CO2 आत्मसात और केल्विन चक्र में नहीं हैं
C4 के रूप में स्थान, लेकिन समय में। रात में
इसी तरह कोशिकाओं के रिक्तिकाएं
खुले के साथ उपरोक्त तंत्र
रंध्र दिन के दौरान माल्ट जमा करते हैं
बंद रंध्र केल्विन चक्र है। इस
तंत्र आपको यथासंभव बचत करने की अनुमति देता है
पानी, हालांकि, दक्षता में C4 और . दोनों की तुलना में कम है
सी3.

42.

43.

प्रकाश श्वसन

44. प्रकाश संश्लेषण पर आंतरिक और बाहरी कारकों का प्रभाव

प्रकाश संश्लेषण
अधिकता
के कारण परिवर्तन
उस पर प्रभाव
अक्सर जटिल
बातचीत
बाहरी और आंतरिक
कारक

45. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

1.
व्यष्टिविकास
पौधे की स्थिति।
ज्यादा से ज्यादा
तीव्रता
प्रकाश संश्लेषण मनाया गया
संक्रमण के दौरान
वनस्पति से लेकर तक
प्रजनन चरण। पर
उम्र बढ़ने के पत्ते
तीव्रता
प्रकाश संश्लेषण महत्वपूर्ण रूप से
गिरता है।

46. ​​प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

2. प्रकाश। प्रकाश संश्लेषण अंधेरे में नहीं होता है क्योंकि
श्वसन के दौरान बनने वाली कार्बन डाइऑक्साइड निकलती है
पत्तियाँ; प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ,
मुआवजा बिंदु जिस पर अवशोषण
प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड और के दौरान इसकी रिहाई
सांसें एक दूसरे को संतुलित करती हैं।

47. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

3. वर्णक्रमीय
दुनिया की रचना।
स्पेक्ट्रल
सौर संरचना
प्रकाश का अनुभव
कुछ
में परिवर्तन
दिन के दौरान और
साल भर।

48. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

4. CO2।
मुख्य है
प्रकाश संश्लेषण के लिए सब्सट्रेट और
इसकी सामग्री निर्भर करती है
इस प्रक्रिया की तीव्रता।
वातावरण में शामिल हैं
मात्रा द्वारा 0.03%; बढ़ोतरी
0.1 . से कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा
0.4% तक बढ़ जाती है
प्रकाश संश्लेषण दर . तक
निश्चित सीमा, और
फिर बदल जाता है
कार्बन डाइऑक्साइड के साथ संतृप्ति।

49. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

5. तापमान।
मध्यम के पौधों में
क्षेत्र इष्टतम
के लिए तापमान
प्रकाश संश्लेषण
20-25 है; पर
उष्णकटिबंधीय - 2035।

50. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

6. पानी की मात्रा।
ऊतक निर्जलीकरण को 20% से अधिक कम करना
प्रकाश संश्लेषण की दर में कमी की ओर जाता है और to
इसके आगे की समाप्ति, यदि पानी की हानि होगी
50 से अधिक%।

51. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

7. ट्रेस तत्व।
फ़े की कमी
क्लोरोसिस का कारण बनता है और
गतिविधि को प्रभावित करता है।
एंजाइम। एम.एन.
के लिए आवश्यक
रिहाई
ऑक्सीजन और के लिए
कार्बन डाइऑक्साइड का अवशोषण
गैस। Cu और . की कमी
Zn प्रकाश संश्लेषण को कम करता है
30% से

52. प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

8.प्रदूषणकारी
पदार्थ और
रासायनिक
दवाएं।
कारण
पतन
प्रकाश संश्लेषण।
अधिकांश
खतरनाक
पदार्थ: NO2,
SO2, निलंबित
कण।

53. प्रकाश संश्लेषण का दैनिक पाठ्यक्रम

मध्यम दिन के तापमान पर और पर्याप्त
प्रकाश संश्लेषण की आर्द्रता दैनिक पाठ्यक्रम लगभग
सौर की तीव्रता में परिवर्तन से मेल खाती है
सूर्यातप प्रकाश संश्लेषण प्रातः सूर्योदय से प्रारंभ होता है
सूरज दोपहर में अपने चरम पर पहुँच जाता है,
शाम को धीरे-धीरे कम हो जाता है और सूर्यास्त के साथ रुक जाता है
रवि। उच्च तापमान और कम
आर्द्रता, प्रकाश संश्लेषण अधिकतम जल्दी में बदल जाता है
घड़ी।

54. निष्कर्ष

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण ही एकमात्र प्रक्रिया है
पृथ्वी, बड़े पैमाने पर चलना, किसके साथ जुड़ा हुआ है?
सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना
सम्बन्ध। हरे पौधों द्वारा संग्रहित यह ऊर्जा
अन्य सभी के जीवन के लिए आधार बनाता है
पृथ्वी पर बैक्टीरिया से मनुष्यों तक हेटरोट्रॉफ़िक जीव।

प्रकाश संश्लेषणप्रकाश ऊर्जा का उपयोग करके अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने की प्रक्रिया है। अधिकांश मामलों में, प्रकाश संश्लेषण पौधों द्वारा सेल ऑर्गेनेल जैसे का उपयोग करके किया जाता है क्लोरोप्लास्टहरा रंगद्रव्य युक्त क्लोरोफिल.

यदि पौधे कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने में सक्षम नहीं होते, तो पृथ्वी पर लगभग सभी अन्य जीवों के पास खाने के लिए कुछ नहीं होता, क्योंकि जानवर, कवक और कई बैक्टीरिया अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण नहीं कर सकते हैं। वे केवल तैयार किए गए लोगों को अवशोषित करते हैं, उन्हें सरल लोगों में विभाजित करते हैं, जिससे वे फिर से जटिल लोगों को इकट्ठा करते हैं, लेकिन पहले से ही उनके शरीर की विशेषता है।

यदि हम प्रकाश संश्लेषण और इसकी भूमिका के बारे में संक्षेप में बात करें तो यही स्थिति है। प्रकाश संश्लेषण को समझने के लिए, आपको और कहना होगा: कौन से विशिष्ट अकार्बनिक पदार्थों का उपयोग किया जाता है, संश्लेषण कैसे होता है?

प्रकाश संश्लेषण के लिए दो अकार्बनिक पदार्थों की आवश्यकता होती है - कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) और पानी (एच 2 ओ)। पहला हवा से पौधों के हवाई भागों द्वारा मुख्य रूप से रंध्र के माध्यम से अवशोषित किया जाता है। पानी - मिट्टी से, जहां से इसे पौधों की संवाहक प्रणाली द्वारा प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं तक पहुंचाया जाता है। प्रकाश संश्लेषण के लिए भी फोटॉन (hν) की ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लेकिन उन्हें पदार्थ के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है।

कुल मिलाकर, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप कार्बनिक पदार्थ और ऑक्सीजन (O2) बनते हैं। आमतौर पर, कार्बनिक पदार्थ के तहत, ग्लूकोज (सी 6 एच 12 ओ 6) सबसे अधिक बार होता है।

कार्बनिक यौगिक ज्यादातर कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं से बने होते हैं। वे कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में पाए जाते हैं। हालांकि, प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन छोड़ता है। इसके परमाणु पानी से आते हैं।

संक्षेप में और आम तौर पर, प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रिया के लिए समीकरण आमतौर पर इस प्रकार लिखा जाता है:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

लेकिन यह समीकरण प्रकाश संश्लेषण के सार को नहीं दर्शाता है, इसे समझने योग्य नहीं बनाता है। देखिए, हालांकि समीकरण संतुलित है, इसमें मुक्त ऑक्सीजन में कुल 12 परमाणु हैं, लेकिन हमने कहा कि वे पानी से आते हैं, और उनमें से केवल 6 हैं।

वास्तव में, प्रकाश संश्लेषण दो चरणों में होता है। पहला कहा जाता है रोशनी, दूसरा - अँधेरा. ऐसे नाम इस तथ्य के कारण हैं कि प्रकाश केवल प्रकाश चरण के लिए आवश्यक है, अंधेरा चरण इसकी उपस्थिति से स्वतंत्र है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि यह अंधेरे में जाता है। प्रकाश चरण क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड्स की झिल्लियों पर बहता है, अंधेरा चरण - क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में।

प्रकाश चरण में, CO2 बाइंडिंग नहीं होती है। क्लोरोफिल परिसरों द्वारा केवल सौर ऊर्जा का कब्जा है, एटीपी में इसका भंडारण, एनएडीपी को एनएडीपी * एच 2 तक कम करने के लिए ऊर्जा का उपयोग। प्रकाश द्वारा उत्तेजित क्लोरोफिल से ऊर्जा का प्रवाह थायलाकोइड झिल्ली में निर्मित एंजाइमों की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से प्रेषित इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रदान किया जाता है।

एनएडीपी के लिए हाइड्रोजन पानी से लिया जाता है, जो सूर्य के प्रकाश की क्रिया के तहत ऑक्सीजन परमाणुओं, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विघटित हो जाता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है photolysis. प्रकाश संश्लेषण के लिए जल से ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। पानी के दो अणुओं से ऑक्सीजन परमाणु मिलकर आणविक ऑक्सीजन बनाते हैं। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के लिए प्रतिक्रिया समीकरण संक्षेप में इस तरह दिखता है:

एच 2 ओ + (एडीपी + एफ) + एनएडीपी → एटीपी + एनएडीपी * एच 2 + ½O 2

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में ऑक्सीजन की रिहाई होती है। एक पानी के अणु के प्रति फोटोलिसिस में एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड से संश्लेषित एटीपी अणुओं की संख्या भिन्न हो सकती है: एक या दो।

तो, एटीपी और एनएडीपी * एच 2 प्रकाश चरण से अंधेरे चरण में प्रवेश करते हैं। यहां, पहले की ऊर्जा और दूसरे की पुनर्स्थापनात्मक शक्ति कार्बन डाइऑक्साइड के बंधन पर खर्च की जाती है। प्रकाश संश्लेषण के इस चरण को सरल और संक्षिप्त रूप से नहीं समझाया जा सकता है, क्योंकि यह इस तरह से आगे नहीं बढ़ता है कि छह CO2 अणु NADP * H 2 अणुओं से मुक्त हाइड्रोजन के साथ जुड़ते हैं और ग्लूकोज बनता है:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(प्रतिक्रिया एटीपी से ऊर्जा के व्यय के साथ होती है, जो एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड में टूट जाती है)।

उपरोक्त प्रतिक्रिया समझने में आसानी के लिए सिर्फ एक सरलीकरण है। वास्तव में, कार्बन डाइऑक्साइड अणु एक समय में एक को बांधते हैं, पहले से तैयार पांच कार्बन कार्बनिक पदार्थों में शामिल हो जाते हैं। एक अस्थिर छह-कार्बन कार्बनिक पदार्थ बनता है, जो तीन-कार्बन कार्बोहाइड्रेट अणुओं में टूट जाता है। इनमें से कुछ अणुओं का उपयोग सीओ 2 बंधन के लिए प्रारंभिक पांच कार्बन पदार्थ के पुनर्संश्लेषण के लिए किया जाता है। यह पुनर्संश्लेषण प्रदान किया जाता है केल्विन चक्र. कार्बोहाइड्रेट अणुओं का एक छोटा हिस्सा, जिसमें तीन कार्बन परमाणु शामिल होते हैं, चक्र छोड़ देता है। पहले से ही उनसे और अन्य पदार्थों से, अन्य सभी कार्बनिक पदार्थ (कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन) संश्लेषित होते हैं।

यानी, वास्तव में, तीन-कार्बन शर्करा, और ग्लूकोज नहीं, प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण से बाहर आते हैं।