प्रकाश संश्लेषण में एंजाइम गतिविधि

सभी जीव विज्ञान में प्रकाश संश्लेषण को रक्षात्मक रूप से सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया के रूप में लेबल किया जा सकता है। दुनिया में किसी भी खाद्य वेब या ऊर्जा-प्रवाह प्रणाली की जांच करें, और आप पाएंगे कि यह अंततः उन पदार्थों के लिए सूर्य से ऊर्जा पर निर्भर करता है जो उसमें जीवों को बनाए रखते हैं। पशु कार्बन-आधारित पोषक तत्वों (कार्बोहाइड्रेट) और प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पन्न ऑक्सीजन दोनों पर भरोसा करते हैं, क्योंकि यहां तक ​​कि जानवर भी जो अन्य जानवरों का शिकार करके अपना सारा पोषण प्राप्त करते हैं, उन जीवों को खा जाते हैं जो स्वयं ज्यादातर या विशेष रूप से रहते हैं पौधे।

इस प्रकार प्रकाश संश्लेषण से प्रकृति में देखी गई ऊर्जा विनिमय की अन्य सभी प्रक्रियाएं प्रवाहित होती हैं। ग्लाइकोलाइसिस और कोशिकीय श्वसन की प्रतिक्रियाओं की तरह, प्रकाश संश्लेषण में चरणों, एंजाइमों और अद्वितीय पहलुओं पर विचार करने और समझने के लिए कई पहलू हैं प्रकाश संश्लेषण के विशिष्ट उत्प्रेरक किस मात्रा में प्रकाश और गैस को भोजन में परिवर्तित करने में भूमिका निभाते हैं, बुनियादी महारत हासिल करने के लिए महत्वपूर्ण है जैव रसायन।

प्रकाश संश्लेषण का आपके द्वारा खायी गई आखिरी चीज के उत्पादन से कुछ लेना-देना था, जो कुछ भी था। यदि यह संयंत्र आधारित था, तो दावा सीधा है। यदि यह एक हैमबर्गर था, तो मांस लगभग निश्चित रूप से एक ऐसे जानवर से आया था जो लगभग पूरी तरह से पौधों पर ही निर्वाह करता था। कुछ अलग तरीके से देखा जाए, तो अगर आज सूर्य दुनिया को ठंडा किए बिना खुद को बंद कर लेता, जिससे पौधे दुर्लभ हो जाते, तो दुनिया की खाद्य आपूर्ति जल्द ही गायब हो जाती; पौधे, जो स्पष्ट रूप से शिकारी नहीं हैं, किसी भी खाद्य श्रृंखला में सबसे नीचे हैं।

प्रकाश संश्लेषण को पारंपरिक रूप से प्रकाश प्रतिक्रियाओं और अंधेरे प्रतिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है। प्रकाश संश्लेषण में दोनों प्रतिक्रियाएं महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं; पूर्व सूर्य के प्रकाश या अन्य प्रकाश ऊर्जा की उपस्थिति पर निर्भर करता है, जबकि बाद वाला काम करने के लिए सब्सट्रेट होने के लिए प्रकाश प्रतिक्रिया के उत्पादों पर निर्भर नहीं करता है। प्रकाश प्रतिक्रियाओं में, ऊर्जा अणु जो पौधे को कार्बोहाइड्रेट को इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है, जबकि कार्बोहाइड्रेट संश्लेषण स्वयं अंधेरे प्रतिक्रियाएं होती हैं। यह कुछ मायनों में एरोबिक श्वसन के समान है, जहां क्रेब्स चक्र, हालांकि एटीपी का एक प्रमुख प्रत्यक्ष स्रोत नहीं है (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, "ऊर्जा मुद्रा" सभी कोशिकाओं के), मध्यवर्ती अणुओं का एक बड़ा सौदा उत्पन्न करता है जो बाद के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एटीपी के एक बड़े सौदे के निर्माण को प्रेरित करता है। प्रतिक्रियाएं।

पौधों में वह महत्वपूर्ण तत्व है जो उन्हें प्रकाश संश्लेषण करने की अनुमति देता है क्लोरोफिल, एक पदार्थ जो अद्वितीय संरचनाओं में पाया जाता है. कहा जाता है क्लोरोप्लास्ट.

प्रकाश संश्लेषण की शुद्ध प्रतिक्रिया वास्तव में बहुत सरल है। यह प्रकट करता है की कार्बन डाइऑक्साइड और पानी, प्रकाश ऊर्जा की उपस्थिति में, प्रक्रिया के दौरान ग्लूकोज और ऑक्सीजन में परिवर्तित हो जाते हैं.

6 सीओ₂ + प्रकाश + 6 एच₂ओ → सी₆एच₁₂हे₆ + 6 ओ₂

समग्र प्रतिक्रिया का योग है प्रकाश प्रतिक्रिया और यह अंधेरे प्रतिक्रियाएं प्रकाश संश्लेषण की:

प्रकाश प्रतिक्रियाएं:12 एच₂ओ + प्रकाश → ओ₂ + 24 एच⁺ + 24e⁻

डार्क प्रतिक्रियाएं:6सीओ₂ + 24 एच⁺ + 24 ई⁻ → सी₆एच₁₂हे₆ + 6 एच₂हे

संक्षेप में, प्रकाश अभिक्रियाएं सूर्य के प्रकाश का उपयोग इलेक्ट्रॉनों को डराने के लिए करती हैं जो पौधे तब भोजन (ग्लूकोज) बनाने में लगाते हैं। व्यवहार में यह कैसे होता है इसका अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है और यह अरबों वर्षों के जैविक विकास का प्रमाण है।

जीवन विज्ञान का अध्ययन करने वाले लोगों के बीच एक आम गलत धारणा यह है कि प्रकाश संश्लेषण केवल उल्टा कोशिकीय श्वसन है। यह समझ में आता है, यह देखते हुए कि प्रकाश संश्लेषण की शुद्ध प्रतिक्रिया सेलुलर श्वसन की तरह दिखती है - से शुरू होती है ग्लाइकोलाइसिस और माइटोकॉन्ड्रिया में एरोबिक प्रक्रियाओं (क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला) के साथ समाप्त होता है - ठीक से चलता है उलटना।

प्रकाश संश्लेषण में कार्बन डाइऑक्साइड को ग्लूकोज में बदलने वाली प्रतिक्रियाएं बहुत अलग हैं, हालांकि, उन प्रतिक्रियाओं की तुलना में जो सेलुलर श्वसन में ग्लूकोज को वापस कार्बन डाइऑक्साइड में कम करने के लिए उपयोग की जाती हैं। पौधे, ध्यान रखें, सेलुलर श्वसन का भी उपयोग करते हैं। क्लोरोप्लास्ट "पौधों के माइटोकॉन्ड्रिया" नहीं हैं; पौधों में माइटोकॉन्ड्रिया भी होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण को कुछ ऐसा समझें जो मुख्य रूप से होता है क्योंकि पौधों के मुंह नहीं होते हैं, फिर भी वे अपना ईंधन बनाने के लिए ग्लूकोज को पोषक तत्व के रूप में जलाने पर निर्भर होते हैं। यदि पौधे ग्लूकोज का अंतर्ग्रहण नहीं कर सकते हैं, फिर भी इसकी निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है, तो उन्हें असंभव प्रतीत होने वाले कार्यों को करना होगा और इसे स्वयं बनाना होगा। पौधे भोजन कैसे बनाते हैं? वे अपने अंदर छोटे बिजली संयंत्रों को चलाने के लिए बाहरी प्रकाश का उपयोग करते हैं। वे ऐसा कर सकते हैं यह काफी हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि वे वास्तव में कैसे संरचित हैं।

जिन संरचनाओं में उनके द्रव्यमान के संबंध में बहुत अधिक सतह क्षेत्र होता है, वे अपने रास्ते से गुजरने वाले सूर्य के प्रकाश को पकड़ने के लिए अच्छी तरह से स्थित होते हैं। यही कारण है कि पौधों में पत्ते होते हैं। तथ्य यह है कि पत्तियाँ पौधों का सबसे हरा भाग होती हैं, यह पत्तियों में क्लोरोफिल के घनत्व का परिणाम है, क्योंकि यहीं पर प्रकाश संश्लेषण का कार्य किया जाता है।

पत्तियों ने अपनी सतहों में छिद्र विकसित कर लिए हैं जिन्हें रंध्र (एकवचन: रंध्र) कहते हैं। ये छिद्र वे साधन हैं जिनके द्वारा पत्ती CO. के प्रवेश और निकास को नियंत्रित कर सकती है₂, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक है, और O₂, जो प्रक्रिया का एक अपशिष्ट उत्पाद है। (ऑक्सीजन को अपशिष्ट के रूप में सोचना उल्टा है, लेकिन इस सेटिंग में, सख्ती से बोलना, यही है।)

ये रंध्र पत्ती में पानी की मात्रा को नियंत्रित करने में भी मदद करते हैं। जब पानी प्रचुर मात्रा में होता है, तो पत्ते अधिक कठोर और "फुलाए हुए" होते हैं और रंध्र बंद रहने के लिए इच्छुक होते हैं। इसके विपरीत, जब पानी की कमी होती है, तो पत्ती को पोषण देने में मदद करने के प्रयास में रंध्र खुल जाते हैं।

पादप कोशिकाएँ यूकेरियोटिक कोशिकाएँ होती हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास सभी कोशिकाओं (डीएनए, एक कोशिका झिल्ली, कोशिका द्रव्य और राइबोसोम) और कई विशिष्ट जीवों के लिए समान चार संरचनाएं हैं। पादप कोशिकाओं, हालांकि, जानवरों और अन्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं के विपरीत, कोशिका भित्ति होती है, जैसे बैक्टीरिया करते हैं लेकिन विभिन्न रसायनों का उपयोग करके निर्मित होते हैं।

पादप कोशिकाओं में भी नाभिक होते हैं, और उनके जीवों में माइटोकॉन्ड्रिया, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, गॉल्जी बॉडी, एक साइटोस्केलेटन और रिक्तिकाएं शामिल हैं। लेकिन पादप कोशिकाओं और अन्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि पादप कोशिकाओं में होते हैं क्लोरोप्लास्ट.

पादप कोशिकाओं के भीतर क्लोरोप्लास्ट नामक अंगक होते हैं। माना जाता है कि माइटोकॉन्ड्रिया की तरह, इन्हें यूकेरियोटिक जीवों में अपेक्षाकृत जल्दी विकसित किया गया था यूकेरियोट्स, इकाई के साथ एक क्लोरोप्लास्ट बनने के लिए नियत है, फिर एक मुक्त प्रकाश संश्लेषण-प्रदर्शन के रूप में विद्यमान है प्रोकैरियोट

क्लोरोप्लास्ट, सभी जीवों की तरह, एक डबल प्लाज्मा झिल्ली से घिरा होता है। इस झिल्ली के भीतर स्ट्रोमा होता है, जो क्लोरोप्लास्ट के साइटोप्लाज्म की तरह कार्य करता है। इसके अलावा क्लोरोप्लास्ट के भीतर थायलाकोइड नामक पिंड होते हैं, जो सिक्कों के ढेर की तरह व्यवस्थित होते हैं और स्वयं की एक झिल्ली से घिरे होते हैं।

क्लोरोफिल को प्रकाश संश्लेषण का "" वर्णक माना जाता है, लेकिन क्लोरोफिल के कई अलग-अलग प्रकार हैं, और क्लोरोफिल के अलावा अन्य वर्णक भी प्रकाश संश्लेषण में भाग लेते हैं। प्रकाश संश्लेषण में प्रयुक्त होने वाला प्रमुख वर्णक क्लोरोफिल A है। कुछ गैर-क्लोरोफिल वर्णक जो प्रकाश संश्लेषक प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं, वे लाल, भूरे या नीले रंग के होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रियाएं पानी के अणुओं से हाइड्रोजन परमाणुओं को विस्थापित करने के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करती हैं, इन हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा संचालित होती हैं इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह अंततः आने वाली रोशनी से मुक्त होता है, जिसका उपयोग एनएडीपीएच और एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, जो बाद के अंधेरे के लिए आवश्यक होते हैं। प्रतिक्रियाएं।

प्रकाश की प्रतिक्रिया थायलाकोइड झिल्ली पर, क्लोरोप्लास्ट के अंदर, पादप कोशिका के अंदर होती है। जब प्रकाश एक प्रोटीन-क्लोरोफिल कॉम्प्लेक्स से टकराता है, जिसे They फोटोसिस्टम II (PSII). यह एंजाइम पानी के अणुओं से हाइड्रोजन परमाणुओं को मुक्त करता है। पानी में ऑक्सीजन तब मुक्त होती है, और इस प्रक्रिया में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को प्लास्टोक्विनॉल नामक एक अणु से जोड़ा जाता है, जो इसे प्लास्टोक्विनोन में बदल देता है। यह अणु बदले में इलेक्ट्रॉनों को साइटोक्रोम b6f नामक एक एंजाइम कॉम्प्लेक्स में स्थानांतरित करता है। यह ctyb6f प्लास्टोक्विनोन से इलेक्ट्रॉनों को लेता है और उन्हें प्लास्टोसायनिन में ले जाता है।

इस समय, फोटोसिस्टम I (PSI) काम पर लग जाता है। यह एंजाइम प्लास्टोसायनिन से इलेक्ट्रॉनों को लेता है और उन्हें फेरेडॉक्सिन नामक लौह युक्त यौगिक से जोड़ता है। अंत में, फेरेडॉक्सिन-एनएडीपी नामक एक एंजाइम⁺एनएडीपीएच से एनएडीपीएच बनाने के लिए रिडक्टेस (एफएनआर)⁺. आपको इन सभी यौगिकों को याद रखने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन इसमें शामिल प्रतिक्रियाओं की कैस्केडिंग, "हैंडिंग-ऑफ" प्रकृति की भावना होना महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, जब PSII उपरोक्त प्रतिक्रियाओं को शक्ति देने के लिए हाइड्रोजन को पानी से मुक्त कर रहा है, तो उसमें से कुछ हाइड्रोजन स्ट्रोमा के लिए थायलाकोइड को छोड़ना चाहता है, इसकी सांद्रता प्रवणता को कम करता है। थायलाकोइड झिल्ली झिल्ली में एटीपी सिंथेज़ पंप को शक्ति देने के लिए इसका उपयोग करके इस प्राकृतिक बहिर्वाह का लाभ उठाती है, जो एटीपी बनाने के लिए फॉस्फेट अणुओं को एडीपी (एडेनोसिन डिपोस्फेट) से जोड़ता है।

प्रकाश-संश्लेषण की श्याम अभिक्रियाओं को इसलिए नाम दिया गया है क्योंकि वे प्रकाश पर निर्भर नहीं करती हैं। हालांकि, वे तब हो सकते हैं जब प्रकाश मौजूद हो, इसलिए अधिक सटीक, यदि अधिक बोझिल है, तो नाम है "प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाएं।" मामलों को और स्पष्ट करने के लिए, अंधेरे प्रतिक्रियाओं को एक साथ के रूप में भी जाना जाता है केल्विन चक्र.

कल्पना कीजिए कि, जब आपके फेफड़ों में हवा भरती है, तो उस हवा में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड आपके अंदर आ सकती है कोशिकाएं, जो तब इसका उपयोग उसी पदार्थ को बनाने के लिए करती हैं जो आपके शरीर से आपके भोजन को तोड़ने के परिणामस्वरूप होता है खा। दरअसल, इस वजह से आपको कभी खाना ही नहीं पड़ेगा। यह अनिवार्य रूप से एक पौधे का जीवन है, जो CO. का उपयोग करता है₂ यह ग्लूकोज बनाने के लिए पर्यावरण (जो अन्य यूकेरियोट्स की चयापचय प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप बड़े पैमाने पर होता है) से इकट्ठा होता है, जिसे वह या तो स्टोर करता है या अपनी जरूरतों के लिए जला देता है।

आप पहले ही देख चुके हैं कि प्रकाश-संश्लेषण की शुरुआत पानी से मुक्त हाइड्रोजन परमाणुओं को खटखटाने और उन परमाणुओं की ऊर्जा का उपयोग करके कुछ NADPH और कुछ ATP बनाने में होती है। लेकिन अभी तक, प्रकाश संश्लेषण, CO2 में अन्य इनपुट का कोई उल्लेख नहीं किया गया है। अब आप देखेंगे कि सबसे पहले एनएडीपीएच और एटीपी को क्यों काटा गया।

अंधेरे प्रतिक्रियाओं के पहले चरण में, सीओ 2 पांच कार्बन चीनी व्युत्पन्न से जुड़ा हुआ है जिसे रिबुलोज 1,5-बिस्फोस्फेट कहा जाता है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज/ऑक्सीजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसे अधिक यादगार रूप में जाना जाता है। रुबिस्को. यह एंजाइम दुनिया में सबसे प्रचुर मात्रा में प्रोटीन माना जाता है, यह देखते हुए कि यह उन सभी पौधों में मौजूद है जो प्रकाश संश्लेषण से गुजरते हैं।

यह छह-कार्बन मध्यवर्ती अस्थिर है और फॉस्फोग्लाइसेरेट नामक तीन-कार्बन अणुओं की एक जोड़ी में विभाजित होता है। इसके बाद एक काइनेज एंजाइम द्वारा फॉस्फोराइलेट किया जाता है जिससे 1,3-बिस्फोस्फोग्लिसरेट बनता है। यह अणु तब ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (G3P) में परिवर्तित हो जाता है, फॉस्फेट अणुओं को मुक्त करता है और प्रकाश प्रतिक्रियाओं से प्राप्त NAPDH का उपभोग करता है।

इन प्रतिक्रियाओं में बनाए गए G3P को फिर कई अलग-अलग रास्तों में डाला जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ग्लूकोज, अमीनो एसिड या लिपिड के निर्माण में, पौधे की विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर कोशिकाएं। पौधे ग्लूकोज के पॉलिमर को भी संश्लेषित करते हैं जो मानव आहार में स्टार्च और फाइबर का योगदान करते हैं।