प्रकाश संश्लेषण और कार्बन स्थिरीकरण

प्रकाश संश्लेषण प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है और इसका उपयोग वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड को शर्करा में स्थिर करने के लिए करता है, यह वह प्रक्रिया है जिस पर लगभग सभी जीवन और सांस लेने योग्य वातावरण निर्भर करते हैं।

Definition

प्रकाश संश्लेषण कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक यौगिकों का प्रकाश-संचालित संश्लेषण है, और कार्बन स्थिरीकरण अकार्बनिक कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक अणुओं में शामिल करना है, मुख्य रूप से केल्विन-बेंसन चक्र के माध्यम से।

Scope

यह विषय थायलाकोइड झिल्ली की प्रकाश अभिक्रियाओं (फोटोसिस्टम, इलेक्ट्रॉन परिवहन और एटीपी संश्लेषण), रुबिस्को द्वारा कार्बन स्थिरीकरण के केल्विन-बेंसन चक्र, प्रकाश श्वसन, और कार्बन डाइऑक्साइड को केंद्रित करने वाले C4 और CAM अनुकूलन को शामिल करता है।

Core questions

• प्रकाश अभिक्रियाएँ प्रकाश को एटीपी और NADPH में कैसे परिवर्तित करती हैं जबकि ऑक्सीजन छोड़ती हैं?
• केल्विन-बेंसन चक्र कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोहाइड्रेट में कैसे स्थिर करता है?
• रुबिस्को की सीमाओं को दूर करने के लिए C4 और CAM तंत्र क्यों विकसित हुए हैं?

Key theories

प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन की Z-योजना

प्रकाश फोटोसिस्टम II और I के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को श्रृंखला में ऊर्जावान बनाता है, ऑक्सीजन छोड़ने के लिए पानी को विभाजित करता है और NADPH और प्रोटॉन प्रवणता उत्पन्न करता है जो एटीपी संश्लेषण को शक्ति प्रदान करते हैं।

कार्बन-केंद्रित तंत्र

क्योंकि रुबिस्को ऑक्सीजन के साथ भी प्रतिक्रिया करता है, जिससे अपशिष्ट प्रकाश श्वसन होता है, C4 और CAM पौधे गर्म या शुष्क परिस्थितियों में दक्षता में सुधार के लिए रुबिस्को के आसपास कार्बन डाइऑक्साइड को स्थानिक या अस्थायी रूप से केंद्रित करते हैं।

Mechanisms

थायलाकोइड झिल्ली में, फोटोसिस्टम II पानी को ऑक्सीजन में ऑक्सीकृत करता है और साइटोक्रोम b6f कॉम्प्लेक्स के माध्यम से फोटोसिस्टम I में इलेक्ट्रॉन भेजता है, जो NADP+ को NADPH में अपचयित करता है; संबंधित प्रोटॉन प्रवणता एटीपी सिंथेज़ को चलाती है। स्ट्रोमा में, रुबिस्को कार्बन डाइऑक्साइड को राइबुलोज-1,5-बिसफॉस्फेट पर स्थिर करता है, और केल्विन-बेंसन चक्र एटीपी और NADPH का उपयोग करके उत्पाद को ट्रायोस फॉस्फेट में अपचयित करता है, जबकि स्वीकर्ता को पुनर्जीवित करता है। C4 पौधे मेसोफिल कोशिकाओं में कार्बन डाइऑक्साइड को चार-कार्बन अम्लों में पूर्व-स्थिर करते हैं और इसे बंडल-शीथ कोशिकाओं में रुबिस्को के आसपास छोड़ते हैं, जबकि CAM पौधे रात में कार्बन डाइऑक्साइड को स्थिर करते हैं, दोनों प्रकाश श्वसन को दबाते हैं। क्लोरोफिल प्रतिदीप्ति इन अभिक्रियाओं की एक गैर-आक्रामक जांच प्रदान करती है।

Clinical relevance

प्रकाश संश्लेषक दक्षता फसल उत्पादकता और बायोमास की सीमा निर्धारित करती है, जिससे यह खाद्य सुरक्षा में सुधार के लिए एक केंद्रीय लक्ष्य बन जाती है; यह प्रक्रिया यह भी नियंत्रित करती है कि वनस्पति वातावरण से कितनी कार्बन डाइऑक्साइड हटाती है, इसे जलवायु से जोड़ती है।

History

हिल ने दिखाया कि पृथक क्लोरोप्लास्ट ऑक्सीजन विकसित कर सकते हैं, केल्विन और बेंसन ने कार्बन-14 के साथ कार्बन-स्थिरीकरण चक्र का मानचित्रण किया, और हैच और स्लैक ने 1960 के दशक में C4 मार्ग का वर्णन किया, जिससे प्रकाश संश्लेषण की आधुनिक तस्वीर पूरी हुई।

Key figures

• Melvin Calvin
• Andrew Benson
• Robert Hill
• Marshall Hatch

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

पौधों द्वारा छोड़ी गई ऑक्सीजन कहाँ से आती है?

ऑक्सीजन पानी से आती है, जिसे फोटोसिस्टम II प्रकाश अभिक्रियाओं के दौरान विभाजित करता है; छोड़ी गई ऑक्सीजन एक उपोत्पाद है, जबकि हाइड्रोजन और इलेक्ट्रॉनों का उपयोग NADPH बनाने के लिए किया जाता है।

गर्म जलवायु में C4 पौधे अधिक कुशल क्यों होते हैं?

C4 पौधे रुबिस्को के आसपास कार्बन डाइऑक्साइड को केंद्रित करते हैं, ऑक्सीजन-स्थिरीकरण अभिक्रिया (प्रकाश श्वसन) को दबाते हैं जो उच्च तापमान पर महंगा हो जाता है, इसलिए वे गर्म, उज्ज्वल परिस्थितियों में अधिक कुशलता से प्रकाश संश्लेषण करते हैं।