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Photosynthesis in Higher Plants

 मनुष्य सहित सभी जानवर अपने भोजन के लिए पौधों पर निर्भर हैं। हरे पौधे अपनी जरूरत के भोजन का संश्लेषण करते हैं, और अन्य सभी जीव अपनी जरूरतों के लिए उन पर निर्भर होते हैं। हरे पौधे प्रकाश संश्लेषण करते हैं, एक भौतिक-रासायनिक प्रोसेसर जिसका उपयोग वे कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण को प्राप्त करने के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

photosynthesis in higher plants class 11 notes

Topic 1 Introduction to Photosynthesis

सभी जीवों के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से सूर्य के प्रकाश से आती है।

इस प्रकार, सूर्य का प्रकाश CO2 के स्थिरीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जिसके माध्यम से सौर ऊर्जा का रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरण होता है। इस प्रक्रिया के दौरान पानी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

इसलिए, प्रकाश संश्लेषण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा पौधे, कुछ बैक्टीरिया और कुछ प्रोटीस्टन सूर्य के प्रकाश से चीनी का उत्पादन करने के लिए ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जो सेलुलर श्वसन के माध्यम से सभी जीवित जीवों द्वारा उपयोग किए जाने वाले ईंधन एटीपी का उत्पादन करते हैं।

Photosynthesis is an important phenomenon due to the following two reasons:

(i) यह पृथ्वी पर सभी भोजन का प्राथमिक स्रोत है।

(ii) यह हरे पौधों द्वारा वातावरण में ऑक्सीजन छोड़ने के लिए भी जिम्मेदार है।

प्रकाश संश्लेषण जैविक महत्व की एकमात्र घटना है जो सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का संचयन कर सकती है।

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Requirements of Photosynthesis

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में प्रकाश, हरे पौधे, CO, आदि की भूमिका के बारे में रूपरेखा ज्ञान के आधार पर, कई सरल प्रयोग किए जा सकते हैं जो यह दर्शाते हैं कि प्रकाश संश्लेषण के लिए क्लोरोफिल, प्रकाश और कार्बन डाइऑक्साइड आवश्यक घटक हैं।

Necessity of Chlorophyll (Green Pigment of Leaf)

इस प्रयोग के साथ शुरू करने के लिए दो पत्ते लिए जाते हैं, एक एक प्रकार का पत्ता या एक पत्ता जिसे आंशिक रूप से काले कागज से ढंकना चाहिए और दूसरा पत्ता जिसे प्रकाश के संपर्क में होना चाहिए। जब इन पत्तियों का स्टार्च की उपस्थिति के लिए परीक्षण किया गया, तो यह देखा गया कि प्रकाश संश्लेषण केवल प्रकाश की उपस्थिति में पत्तियों के हरे भागों में हुआ था, जो यह सुनिश्चित करता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए क्लोरोफिल आवश्यक है।

Necessity of Carbon Dioxide

आधा पत्ती प्रयोग (मोल द्वारा दिया गया) शुरू करने के लिए, पत्ती का एक हिस्सा एक परखनली में संलग्न है। परखनली में KOH में भिगोई हुई कुछ कपास होती है (KOH का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करती है) और पत्ती का दूसरा आधा भाग प्रकाश के संपर्क में आता है।

तब सेट अप को लगभग कुछ घंटों के लिए प्रकाश में खड़े रहने की अनुमति दी जाती है, जब स्टार्च परीक्षण किया गया था, तो यह देखा गया था कि पत्ती के उजागर हिस्से को स्टार्च के लिए सकारात्मक परीक्षण किया गया था, जबकि ट्यूब में संलग्न भाग नकारात्मक परीक्षण किया गया था। यह इंगित करता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए CO2 भी आवश्यक है।

मोल के हाफ लीफ प्रयोग में पत्तियों के दो भागों के बीच का अंतर बाहर CO2 की उपलब्धता और बोतल के अंदर इसकी अनुपस्थिति में अंतर के कारण था।

Necessity of Light

प्रकाश संश्लेषण की दर प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होती है। प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश की आवश्यकता को अच्छी तरह से पानी पिलाए गए पत्ते पर एक काला कागज लगाकर दिखाया जा सकता है, लेकिन असंतृप्त पौधे (पौधे को 48 घंटे के लिए अंधेरे में रखकर, नष्ट किया जा सकता है)।

कागज को ठीक करने के बाद, सेट-अप को 2-6 घंटे के लिए सूर्य के प्रकाश के संपर्क में रखा जाता है। कागज निकालने के बाद पत्ती के ऊपर स्टार्च का परीक्षण किया जाता है। स्टार्च केवल उस क्षेत्र में उत्पन्न होता है जहां प्रकाश प्राप्त होता है, यह दर्शाता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश आवश्यक है।

Necessity of Water

पानी के अणु में ऑक्सीजन के रेडियो लेबलिंग के माध्यम से, यह पुष्टि की जाती है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान जारी 02 H2O से आता है, CO2 से नहीं।

Early Experiments

प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन लगभग सौ वर्ष पूर्व प्रारंभ हुआ था। इससे पहले शोधकर्ता मानते थे कि पौधों को अपना सारा पोषण जड़ों के माध्यम से ही मिट्टी से मिलता है। इस प्रकार, कई सरल प्रयोगों से शामिल प्रक्रिया की समझ का विकास हुआ। विभिन्न विद्वानों द्वारा किए गए कुछ प्रारंभिक प्रयोग इस प्रकार हैं।

Joseph Priestley

उन्होंने 1770 के दशक में प्रयोगों की एक श्रृंखला की जिसमें हरे पौधों की वृद्धि में हवा की अनिवार्यता के बारे में पता चला। उन्होंने देखा कि एक बंद जगह में एक जलती हुई मोमबत्ती या एक सांस लेने वाला चूहा, (यानी, बेल जार) जल्द ही बुझ जाता है और क्रमशः दम घुटने से मर जाता है, क्योंकि जलती हुई मोमबत्ती और हवा में सांस लेने वाले जानवर को जल्द ही नुकसान होता है।

दूसरी ओर जलती हुई मोमबत्ती और चूहे के साथ बेल जार में पुदीने का पौधा रखने के बाद उसने देखा कि चूहा जीवित रहता है और मोमबत्ती भी लंबे समय तक जलती रहती है।

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Conclusion

प्रीस्टले ने परिकल्पना की कि मोमबत्तियों के जलने और चूहे के श्वसन से उत्पन्न दुर्गंध को पौधे द्वारा शुद्ध हवा में परिवर्तित किया जा सकता है (इस मामले में पुदीना का पौधा)।

Jan Ingenhousz (1730-1799)

उन्होंने प्रिज़डे द्वारा इस्तेमाल किए गए उसी सेट-अप का उपयोग करके अपने प्रयोग किए। एक जलीय पौधे के साथ अपने प्रयोग में, उन्होंने दिखाया कि तेज धूप में, हरे भागों के चारों ओर छोटे-छोटे बुलबुले बनते हैं, जबकि अंधेरे में उन बुलबुलों का निर्माण नहीं होता है।

उन्होंने प्रयोगात्मक सेट-अप को एक बार अंधेरे में और एक बार धूप में रखकर ऐसा किया। उन्होंने जो बुलबुले देखे वे ऑक्सीजन के थे और दिखाते हैं कि पौधों के केवल हरे हिस्से ही ऑक्सीजन छोड़ सकते हैं।

Conclusion

इस प्रकार, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि उस पौधे के लिए सूर्य का प्रकाश आवश्यक है जो मोमबत्तियों को जलाने या जानवरों की सांस लेने से उत्पन्न होने वाली दुर्गंध को शुद्ध करता है।

Julius Von Sachs

उन्होंने 1854 में अपने प्रयोगों से इस बात का सबूत दिया कि पौधों के बढ़ने पर ग्लूकोज का उत्पादन होता है, जिसे आमतौर पर स्टार्च के रूप में संग्रहित किया जाता है। बाद में उन्होंने दिखाया कि एक हरा पदार्थ, i. ई।, क्लोरोफिल पौधों की कोशिकाओं में क्लोरोप्लास्ट नामक विशेष निकायों में स्थित पाया जाता है।

Conclusion

वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि हरे भाग पौधों में वह स्थान है जहाँ ग्लूकोज का उत्पादन होता है और वही स्टार्च के रूप में संग्रहीत होता है।

photosynthesis in higher plants class 11 notes : The Engelmann (1843-1909)

उन्होंने हरे शैवाल, क्लैडोफोरा की मदद से दिलचस्प प्रयोग करके प्रकाश संश्लेषण के क्रिया स्पेक्ट्रम का निर्धारण किया। वह प्रिज्म का उपयोग करके प्रकाश को उसके वर्णक्रमीय घटकों में विभाजित करता है। फिर उन्होंने एरोबिक बैक्टीरिया के निलंबन में रखे शैवाल को प्रकाशित किया।

बैक्टीरिया का उपयोग O₂ विकास के स्थलों का पता लगाने के लिए किया गया था। ऐसा करने पर, उन्होंने देखा कि बैक्टीरिया का संचय मुख्य रूप से विभाजित स्पेक्ट्रम के नीले और लाल प्रकाश के क्षेत्र में था।

Conclusion

उनके द्वारा पहले किए गए कार्य से, प्रकाश संश्लेषण के क्रिया स्पेक्ट्रम का वर्णन किया गया था, जो मोटे तौर पर क्लोरोफिल-ए और बी के अवशोषण स्पेक्ट्रा जैसा दिखता है।

इसलिए, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया की प्रमुख विशेषताओं को उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य तक जाना जाता था, जिसमें विस्तृत रूप से बताया गया था कि पौधे CO₂ और पानी से कार्बोहाइड्रेट (भोजन) के निर्माण के लिए सूर्य के प्रकाश से एकत्रित प्रकाश ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

इस प्रकार, अनुभवजन्य समीकरण, जो ऑक्सीजन विकसित करने वाले जीवों के लिए प्रकाश संश्लेषण की कुल प्रक्रिया को निर्धारित करता है, के रूप में समझा जाता है

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Cornelius Van Neil (1897-1985)

वह एक माइक्रोबायोलॉजिस्ट थे, जिन्होंने प्रकाश संश्लेषण को समझने में बैंगनी और हरे बैक्टीरिया (प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया) के अपने अध्ययन के आधार पर महत्वपूर्ण योगदान दिया। उन्होंने दिखाया कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, एक उपयुक्त ऑक्सीकरण योग्य यौगिक से हाइड्रोजन स्थानांतरित हो जाता है, जो सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में CO₂ को कार्बोहाइड्रेट में कम कर देता है।

Cornelius Van Neil 

 

इसकी सहायता से वह इस निष्कर्ष पर पहुंचता है कि प्रकाश संश्लेषण एक प्रकाश पर निर्भर घटना है।

इसके अलावा, उन्होंने कहा कि प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया में H2S एक हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है, जो सल्फर में ऑक्सीकृत हो जाता है, अर्थात, वे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान O₂ विकसित नहीं करते हैं। जबकि हरे पौधों के मामले में H₂O हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है, जो O₂ को अपने ऑक्सीकरण उत्पाद के रूप में विकसित करता है।

इस प्रकार, उन्होंने अनुमान लगाया कि हरे पौधों द्वारा विकसित O₂, पानी (H₂O) से आता है, CO₂ N से नहीं (बाद में रेडियोआइसोटोपिक तकनीकों के उपयोग से सिद्ध हुआ)।
इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण की समग्र प्रतिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जाता है

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यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह एक एकल चरण प्रतिक्रिया नहीं है जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को निर्धारित करती है, बल्कि यह एक बहु-चरणीय प्रक्रिया है।

Conclusion

उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश संश्लेषक सब्सट्रेट (H₂S - प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया) और (H₂O-हरे पौधे) को ऑक्सीकरण करने और बैक्टीरिया और हरे पौधों में क्रमशः उपोत्पाद सल्फर और 02 को छोड़ने के लिए आवश्यक है। सूर्य के प्रकाश की अनुपस्थिति में यह प्रक्रिया नहीं होती है।

Chloroplasts: The Site of Photosynthesis

ये हरे रंग के प्लास्टिड हैं जो प्रकाश संश्लेषण की साइट के रूप में कार्य करते हैं, अर्थात, जैविक भोजन के संश्लेषण में मदद करते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पौधों की हरी पत्तियों में होती है क्योंकि क्लोरोप्लास्ट पत्तियों की मेसोफिल कोशिका में प्रचुर मात्रा में मौजूद होते हैं।

क्लोरोप्लास्ट इष्टतम प्रकाश तीव्रता के तहत मेसोफिल कोशिकाओं की दीवारों के समानांतर अपनी सपाट सतहों के साथ खुद को संरेखित करता है और जब तीव्रता बहुत अधिक हो जाती है तो वे मेसोफिल कोशिकाओं की दीवारों के लंबवत होंगे।
क्लोरोप्लास्ट डबल झिल्लीदार, DNA युक्त कोशिका अंग है।

आंतरिक रूप से, एक क्लोरोप्लास्ट में एक प्रोटीनयुक्त मैट्रिक्स या द्रव होता है जिसे स्ट्रोमा कहा जाता है, झिल्ली प्रणाली जिसे लैमेली या थायलाकोइड्स कहा जाता है। कुछ स्थानों पर, थायलाकोइड डिस्क के ढेर बनाने के लिए एकत्रित हो जाता है, जिसे कहा जाता है
ग्रेना

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श्रम का स्पष्ट विभाजन क्लोरोप्लास्ट के भीतर होता है, अर्थात, झिल्ली प्रणाली ATP और NADPH(फोटोकेमिकल चरण) के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है, जबकि स्ट्रोमा में एंजाइम होते हैं, जो कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोहाइड्रेट में कम करने और शर्करा के गठन के लिए जिम्मेदार होते हैं। .

चूंकि प्रतिक्रियाओं के पूर्व सेट प्रकाश पर निर्भर होते हैं, इसलिए उन्हें प्रकाश प्रतिक्रियाएं कहा जाता है, जबकि बाद वाले प्रकाश प्रतिक्रियाओं के उत्पादों पर निर्भर होते हैं, अर्थात, ATP और NADPH(और प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश से स्वतंत्र), इस प्रकार अंधेरे प्रतिक्रियाएं कहा जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अंधेरे प्रतिक्रियाएं इस बात पर निर्भर नहीं करती हैं कि वे अंधेरे में होती हैं या वे प्रकाश पर निर्भर नहीं हैं।

Pigments Involved in Photosynthesis

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में शामिल वर्णक को प्रकाश संश्लेषक वर्णक कहा जाता है। ये वर्णक अलग-अलग पौधों में या एक ही पौधे की पत्तियों में हरे रंग के अलग-अलग रंग प्रदान करते हैं।
इन वर्णकों को क्रोमैटोग्राफिक तकनीक (कागज क्रोमैटोग्राफी) द्वारा आसानी से अलग किया जा सकता है। उनके महत्व के आधार पर प्रकाश संश्लेषक वर्णक दो प्रकार के होते हैं
(i) प्राथमिक रंगद्रव्य फोटोसिस्टम का मुख्य अणु वर्णक बनाता है, जैसे, क्लोरोफिल- ए, बी।

(ii) गौण रंगद्रव्य। ये प्राथमिक रंजकों के कार्य का समर्थन करते हैं, जैसे, ज़ैंथोफिल और कैरोटेनॉइड।

लीफ पिगमेंट के सिनेमैटोग्राफिक पृथक्करण से पता चलता है कि यह केवल एकल वर्णक नहीं है, जो पत्तियों में रंग के लिए जिम्मेदार है। इसके बजाय पत्ती में अलग-अलग रंग चार अलग-अलग रंगों के कारण होते हैं जिनमें विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करने की अलग-अलग क्षमता होती है।

Different pigments present in leaf described below

(a) Chlorophyll-a (C₅₅H₇₂O₅N₄M_g) यह क्रोमैटोग्राम में चमकीला या नीला हरा होता है। इसे प्रकाश संश्लेषण से जुड़ा मुख्य पादप वर्णक माना जाता है।

(b) Chlorophyll-b (C₅₅H₇₀O₆N₄M_g) यह पीले हरे रंग का होता है।

(c) ज़ैंथोफिल यह पीले रंग का होता है। ये वर्णक ऑक्सीकृत कैरोटीनॉयड हैं।

(d) कैरोटेनॉयड्स यह पीले से पीले-नारंगी रंग का होता है। उन्हें 'एंटीना वर्णक' के रूप में भी जाना जाता है।

क्लोरोफिल सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला पौधा वर्णक है यदि दुनिया में पौधे पाए जाते हैं। इसमें मैग्नीशियम (Mg⁺²) धातु इसके अवयव के रूप में होती है।

Absorption Spectrum

यह वक्र है जो किसी पदार्थ द्वारा अवशोषित प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य की मात्रा को दर्शाता है। नीचे दिया गया ग्राफ विभिन्न तरंग दैर्ध्य की रोशनी को अवशोषित करने के लिए क्लोरोफिल-ए की क्षमता को दर्शाता है।

Chtorophyll-a 450 एनएम पर अधिकतम अवशोषण शिखर दिखाता है और 650 एनएम पर एक और चोटी भी दिखाता है।

Absorption Spectrum

अवशोषण स्पेक्ट्रम बैंगनी, नीले, नारंगी और लाल (400-500 और 600-700 एनएम) जैसे वर्णक द्वारा गठित किया जाता है।
उत्सर्जन स्पेक्ट्रम पीले और पीले-हरे रंग के वर्णक (500-600 एनएम) द्वारा गठित किया गया है।

Action Spectrum

यह वक्र है जो प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश संश्लेषण की सापेक्ष दरों को दर्शाता है। अब नीचे दिया गया एक और ग्राफ, तरंग दैर्ध्य को दर्शाता है जिस पर एक पौधे में नीले, बैंगनी और लाल तरंग दैर्ध्य में अधिकतम प्रकाश संश्लेषण होता है (जो क्लोरोफिल-ए द्वारा दिखाया गया है)।

इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला है कि क्लोरोफिल-ए मुख्य वर्णक है, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए बहुसंख्यक जिम्मेदार है। नीचे दिया गया एक और ग्राफ प्रकाश संश्लेषण के क्रिया स्पेक्ट्रम को दिखाता है, जो क्लोरोफिल के अवशोषण स्पेक्ट्रम के साथ निकटता से मेल खाता है।

Action Spectrum

इसलिए, तीनों ग्राफ एक साथ दिखाते हैं कि प्रकाश संश्लेषण का प्रमुख हिस्सा नीले और लाल क्षेत्रों में होता है, जबकि कुछ प्रकाश संश्लेषण अन्य तरंग दैर्ध्य में भी दृश्यमान स्पेक्ट्रम में होता है।
क्लोरोफिल-ए (प्रमुख वर्णक) के अलावा, जो मुख्य रूप से प्रकाश के फंसने के लिए जिम्मेदार है, अन्य थायलाकोइड वर्णक जैसे क्लोरोफिल-ए, ज़ैंथोफिल और कैरोटीनॉयड भी प्रकाश को अवशोषित करते हैं, ऊर्जा को क्लोरोफिल-ए में स्थानांतरित करते हैं। इन पिगमेंट को एक्सेसरी पिगमेंट कहा जाता है।

ये वर्णक प्रकाश संश्लेषण के लिए आने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला को सक्षम करते हैं और फोटोऑक्सीडेशन से क्लोरोफिल-ए को सुरक्षा भी प्रदान करते हैं।

Photosynthetically Active Radiation (PAR)

तरंग दैर्ध्य का वह क्षेत्र जिसमें प्रकाश संश्लेषण सामान्य रूप से होता है। यह 0.4μm से 0.7μm (400-700 एनएम) तक होता है।

Assimilatory Power

प्रकाश संश्लेषण में संश्लेषित रसायन (एटीपी और एनएडीपीएच) को आत्मसात शक्ति कहा जाता है। उनका उपयोग CO₂ को कार्बोहाइड्रेट में कम करने की प्रक्रिया में किया जाता है।

Topic 2 Mechanism of Photosynthesis

यह देखा गया कि प्रकाश संश्लेषण की दर प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होती है, अर्थात प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ दर तब तक बढ़ जाती है जब तक कि पौधे संतृप्ति बिंदु प्राप्त नहीं कर लेता।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया निम्नलिखित दो चरणों में होती है:

(i) प्रकाश प्रतिक्रिया या प्रकाश रासायनिक चरण।

(ii) डार्क रिएक्शन या बायोसिंथेटिक चरण।

Light Reaction (The Photochemical Phase)

प्रकाश प्रतिक्रिया में निम्नलिखित चरण शामिल हैं, i. ई।, प्रकाश का अवशोषण, पानी का विभाजन, ऑक्सीजन की रिहाई और अंत में उच्च ऊर्जा रासायनिक मध्यवर्ती, यानी ATP और NADPH का गठन। '
प्रकाश की प्रतिक्रिया के दौरान, ग्रेना थायलाकोइड्स के क्वांटासोम में मौजूद प्रकाश संश्लेषक वर्णक द्वारा प्रकाश फंस जाता है।

ये प्रकाश संश्लेषक वर्णक दो असतत फोटोकैमिकल लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स (LHCs) में व्यवस्थित होते हैं जिन्हें फोटोसिस्टम- I (PS-I) और फोटोसिस्टम- II (PS-II) के रूप में जाना जाता है।

Photosystems

लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स या फोटोसिस्टम प्रोटीन से बंधे सैकड़ों वर्णक अणुओं से बने होते हैं। प्रत्येक फोटोसिस्टम में एक फोटोसेंटर या प्रतिक्रिया केंद्र होता है, जहां वास्तविक प्रतिक्रिया होती है।

इस प्रतिक्रिया केंद्र में एक विशेष क्लोरोफिल होता है- अणु सौ अन्य वर्णक अणुओं द्वारा खिलाया जाता है जो प्रकाश संचयन प्रणाली को एंटेना कहते हैं। ये एंटीना अणु विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं, लेकिन प्रकाश संश्लेषण को अधिक कुशल बनाने के लिए प्रतिक्रिया केंद्र से कम होते हैं।

इन फोटोसिस्टम को उनकी खोजों के क्रम के अनुसार नामित किया गया है, न कि उस क्रम में जिसमें प्रकाश प्रतिक्रिया के दौरान कार्य करते हैं।

Photosystems

 

The reaction centre is different in both the photosystem as given below

(i) PS-I में, प्रतिक्रिया केंद्र या क्लोरोफिल-ए में अवशोषण का शिखर 700 एनएम है, जिसे P700 के रूप में जाना जाता है।

(ii) PS-II में, प्रतिक्रिया केंद्र में 680 एनएम पर अवशोषण शिखर होता है, इसलिए इसे P680 कहा जाता है।

Electron Transport

प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रकाश प्रणाली-द्वितीय द्वारा प्रकाश के अवशोषण से शुरू होती है। तरंगदैर्घ्य 680 nm का लाल प्रकाश प्रकाश तंत्र II के अभिक्रिया केंद्र द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है जिसके कारण इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं और परमाणु नाभिक से दूर कक्षा में कूद जाते हैं।

इन इलेक्ट्रॉनों को फिर एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता द्वारा उठाया जाता है, जो उन्हें आगे साइटोक्रोम से युक्त इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली में भेजता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉनों की यह गति रेडॉक्स संभावित पैमाने (ऑक्सीकरण-कमी पैमाने) के अनुसार पहाड़ी से नीचे है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के इलेक्ट्रॉनों का उपयोग श्रृंखला में नहीं किया जाता है, बल्कि उन्हें आगे PS-I के रंजकों में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

photosynthesis in higher plants class 11

अब, PS-II की तरह, PS-I के प्रतिक्रिया केंद्र में इलेक्ट्रॉन भी तरंग दैर्ध्य 700 nm का लाल प्रकाश प्राप्त करने पर उत्तेजित हो जाते हैं और हिटर रेडॉक्स क्षमता वाले दूसरे इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता में स्थानांतरित हो जाते हैं।
इस सहजता में इलेक्ट्रॉन भी नीचे की ओर गति करते हैं।

लेकिन इस बार इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया केंद्र या क्लोरोफिल-ए में नहीं जाते हैं। इसके बजाय, ऊर्जा और NADP⁺ से भरपूर एक अणु में चला जाता है। इन इलेक्ट्रॉनों के जुड़ने पर NADP⁺ NADPH + H⁺ तक कम हो जाता है।

1960 में, बेंडल और हिल ने इलेक्ट्रॉन परिवहन की जेड-योजना की खोज की। यह प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जिसका हमने अभी ऊपर PS-II से शुरू होने वाले इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की पूरी योजना से ऊपर, स्वीकर्ता अणु तक, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से PS-I तक, इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजना और फिर दूसरे में स्थानांतरण का अध्ययन किया है। NADPH और H⁺ को कम करने के लिए स्वीकर्ता और अंत में NADP⁺ पर डाउनहिल।

Splitting of Water

उपलब्ध इलेक्ट्रॉनों द्वारा फोटोसिस्टम-II को इलेक्ट्रॉनों की लगातार आपूर्ति की जाती है, जो पानी के विभाजन के कारण बदल जाते हैं। इस प्रक्रिया में पानी प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और ऑक्सीजन में विभाजित हो जाता है। पानी के बंटवारे के लिए जटिल फोटोसिस्टम- II से जुड़ा है जो थायलाकोइड झिल्ली के अंदरूनी हिस्से में स्थित है।

इस प्रकार, पानी के विभाजन से प्राप्त इन इलेक्ट्रॉनों को उन इलेक्ट्रॉनों को प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता होती है जो प्रकाश प्रणालियों-I से हटा दिए जाते हैं, इस प्रकार, फोटोसिस्टम- II द्वारा प्रदान किए जाते हैं।

             2H₂O → 4H⁺+O₂ + 4e^–

 जबकि बनने वाले सभी इलेक्ट्रॉनों को बदल दिया जाता है, प्रोटॉन थायलाकोइड के लुमेन में जमा हो जाते हैं और ऑक्सीजन वातावरण में मिल जाती है।

photosynthesis in higher plants class 11 : Photophosphorylation

फोटोफॉस्फोराइलेशन वह प्रक्रिया है जिसके माध्यम से सौर विकिरण से ऊर्जा की मदद से सेल ऑर्गेनेल (जैसे माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट) द्वारा ATP और अकार्बनिक फॉस्फेट (पी) से ATP को संश्लेषित किया जाता है।

माइटोकॉन्ड्रिया में फोटोफॉस्फोराइलेशन प्रकाश पर निर्भर नहीं है, लेकिन यह ATP का उत्पादन करने के लिए पोषक तत्वों के ऑक्सीकरण द्वारा ऊर्जा का उपयोग करता है, इसलिए इसे ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण कहा जाता है।

The process of photophosphorylation is of two types 

i. Non-cyclic Photophosphorylation

गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन फोटोफॉस्फोरिलारियन का प्रकार है जिसमें दोनों फोटो सिस्टम (पीएस-आई और पीएस-द्वितीय) एटीपी के प्रकाश संचालित संश्लेषण में सहयोग करते हैं। इस चक्र के दौरान, PS-II से छोड़ा गया इलेक्ट्रॉन वापस नहीं आता है, इसलिए इसे गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के रूप में जाना जाता है। इस प्रतिक्रिया के दौरान NADPH and ATP दोनों बनते हैं।

ii. Cyclic Photophosphorylation

यह फोटोफॉस्फोराइलेशन का प्रकार है जिसमें केवल PS-I भाग ले रहा है और प्रतिक्रिया केंद्र P700 से मुक्त इलेक्ट्रॉन वाहक की एक श्रृंखला से गुजरने के बाद वापस आ जाता है, अर्थात, परिसंचरण फोटोसिस्टम के भीतर होता है और फॉस्फोराइलेशन चक्रीय प्रवाह के कारण होता है इलेक्ट्रॉन।

iii. जब कुछ शर्तों के तहत फोटोफॉस्फोराइलेशन का गैर-आंख रूप बंद हो जाता है, तो चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन होता है।

चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमल लैमेली में होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि स्ट्रोमल लैमेली में एंजाइम NADP रिडक्टेस (NADP+ को NADPH में कम करने के लिए आवश्यक) और PS-II नहीं होता है। इस प्रकार, चक्रीय फोटोफॉस्फोइलेशन में उत्तेजित इलेक्ट्रॉन NADP+ में नहीं जाते हैं, बल्कि यह PS-I कॉम्प्लेक्स में वापस चक्रित हो जाते हैं।

photosynthesis in higher plants notes

इसलिए, चक्रीय प्रवाह के माध्यम से केवल ATP का संश्लेषण होता है।

Chemiosynthetic Hypothesis

यह परिकल्पना Peter Mitchell (1961) ने प्रकाश संश्लेषण (श्वसन में भी) में ATP संश्लेषण की व्याख्या करने के लिए दी थी।

ATP का संश्लेषण सीधे एक क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड झिल्ली में एक प्रोटॉन ढाल के विकास से जुड़ा हुआ है।

प्रकाश संश्लेषण और श्वसन के बीच मुख्य अंतर वह स्थान है जहां प्रोटॉन का संचय होता है। क्लोरोप्लास्ट (प्रकाश संश्लेषण) में, यह थायलाकोइड लुमेन में होता है जबकि माइटोकॉन्ड्रिया (श्वसन) में, यह इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में होता है।

अब, मुद्दा यह उठता है कि झिल्ली के आर-पार प्रोटॉन प्रवणता का क्या कारण है?

The development of proton gradient results due to the reasons given below

(i) जैसे ही पानी का अणु झिल्ली के अंदरूनी हिस्से में विभाजित होता है, पानी के बंटवारे से उत्पन्न होने वाले प्रोटॉन या हाइड्रोजन आयन थायलाकोइड्स लुमेन के भीतर जमा हो जाते हैं।

(ii) जब इलेक्ट्रॉन फोटो सिस्टम से होकर गुजरता है तो प्रोटॉन का परिवहन झिल्ली के आर-पार होता है। इलेक्ट्रॉन का प्राथमिक स्वीकर्ता झिल्ली के बाहरी भाग की ओर स्थित होता है, जो इलेक्ट्रॉन को प्रोटॉन (H⁺) वाहक को स्थानांतरित करता है न कि इलेक्ट्रॉन वाहक को।

तो, यह अणु, एक इलेक्ट्रॉन का परिवहन करते समय स्ट्रोमा से एक प्रोटॉन को हटा देता है, इस प्रकार, प्रोटॉन की रिहाई झिल्ली के लुमेन पर आंतरिक पक्ष में होती है।

The development of proton gradient results due to the reasons given below

 

 

(iii) एंजाइम NADP रिडक्टेस झिल्ली के स्ट्रोमल पक्ष पर मौजूद होता है। इस प्रकार, PS-I के इलेक्ट्रॉनों के स्वीकर्ता से आने वाले इलेक्ट्रॉनों के साथ, NADP+ को NADPH + H⁺ तक कम करने के लिए प्रोटॉन भी आवश्यक हैं।

इसलिए, क्लोरोप्लास्ट के भीतर स्ट्रोमा में प्रोटॉन की संख्या घट जाती है, जबकि प्रोटॉन का संचय लुमेन में होता है। जिसके कारण थायलाकोइड झिल्ली के आर-पार प्रोटॉन प्रवणता निर्मित हो जाती है, जिसके कारण लुमेन के किनारे के पीएच में कमी आ जाती है।

ATPase एंजाइम के F0 भाग के ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल के माध्यम से स्ट्रोमा में झिल्ली के पार प्रोटॉन की गति के कारण ढाल टूट जाती है।
इसलिए, प्रोटॉन ढाल महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वह ढाल है जिसके टूटने से ऊर्जा (ATP) निकलती है।

ATPase Enzyme

एंजाइम ATPase में निम्नलिखित दो भाग होते हैं:

i. F0 Particle

यह भाग झिल्ली में अंतर्निहित रहता है और एक ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल बनाता है, जो झिल्ली में प्रोटॉन के सुगम प्रसार को अंजाम देता है।

ii. F1 Particle

यह भाग थायलाकोइड झिल्ली की बाहरी सतह की ओर फैला होता है जो स्ट्रोमा की ओर होती है। ATPase के  F₁ कण में गठनात्मक परिवर्तन होता है, जो ढाल के टूटने के कारण होता है, जो एंजाइम को ATP के कई अणुओं को संश्लेषित करने की अनुमति देता है।

इस प्रकार, केमियोस्मोसिस को अपने कामकाज के लिए एक झिल्ली, एक प्रोटॉन पंप, एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट और एटीपीस एंजाइम की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, उत्पादित ATP का उपयोग तुरंत बायोसिंथेटिक प्रतिक्रिया (स्ट्रोमा में) में किया जाएगा, जो CO₂ के निर्धारण और चीनी के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार है।

Dark Reaction (Biosynthetic Phase)

इस चरण में सीधे सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन यह प्रकाश प्रतिक्रिया के उत्पादों पर निर्भर करता है, अर्थात, CO₂ के अलावा ATP और NADPH और पानी जो प्रक्रियाओं को आगे बढ़ाते हैं जिससे भोजन का संश्लेषण अधिक सटीक रूप से शर्करा होता है।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रिया में उत्पन्न O2 क्लोरोप्लास्ट से बाहर फैल जाता है

जैसे ही प्रकाश अनुपलब्ध हो जाता है, जैवसंश्लेषण प्रक्रिया कुछ समय तक जारी रहती है और फिर अंत में रुक जाती है और फिर से प्रकाश उपलब्ध होने पर फिर से शुरू हो जाती है।

मूल रूप से, इस प्रक्रिया को कार्बन-निर्धारण या प्रकाश संश्लेषक कार्बन न्यूनीकरण (पीसीआर) चक्र के रूप में जाना जाता है।
ये प्रतिक्रियाएं तापमान परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होती हैं, लेकिन प्रकाश से स्वतंत्र होती हैं, इसलिए इसे डार्क रिएक्शन कहा जाता है। यह क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है।

इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण के दौरान CO₂ का आत्मसात करना दो मुख्य प्रकार का होता है

i. C3 Pathway इस मार्ग का अनुसरण पौधों द्वारा किया जाता है जब CO₂ निर्धारण का पहला उत्पाद C₃ एसिड, यानी PGA होता है।

ii. C4 Pathway इस मार्ग का अनुसरण या पौधों द्वारा दिखाया जाता है जिसमें CO₂ स्थिरीकरण का पहला उत्पाद C₄ एसिड होता है, i. e., OAA।

Calvin Cycle (C3-Pathway)
यह CO₂ या प्रकाश संश्लेषक कार्बन, चक्र की कमी का एक चक्र जैव रासायनिक मार्ग है, जिसकी खोज केल्विन ने की थी। केल्विन चक्र सभी प्रकाश संश्लेषक पौधों में चलता है, चाहे वे C₃, C₄या कोई अन्य मार्ग दिखाते हों। यह क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है

Primary Acceptor of CO2 in C3 Pathway

एक लंबे शोध और कई प्रयोग करने के बाद वैज्ञानिकों द्वारा यह निष्कर्ष निकाला गया कि C3 मार्ग में, स्वीकर्ता अणु एक 5-कार्बन कीटोज चीनी, यानी रिबुलोज 5-फॉस्फेट (5 RuBP) है।
केल्विन orC3 चक्र के तीन प्रमुख चरण हैं:

Primary Acceptor of CO2 in C3 Pathway

ऊपर वर्णित कदम प्रमुख कदम हैं। ग्लाइकोलाइटिक उत्क्रमण या शर्करा के निर्माण के रूप में जाना जाने वाला एक अन्य चरण कमी और पुनर्जनन के बीच होता है।

1. Carboxylation

यह केल्विन चक्र का सबसे महत्वपूर्ण चरण है जिसमें CO₂ का उपयोग RuBP के कार्बोक्सिलेशन के लिए होता है।
कार्बोक्सिलेशन एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में CO₂ के निर्धारण की प्रक्रिया है।

यह प्रतिक्रिया एंजाइम RuBP कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होती है जिसके परिणामस्वरूप अंततः 3-PGA के दो अणु बनते हैं। चूंकि RuBP कार्बोक्सिलेज एंजाइम में भी ऑक्सीकरण की गतिविधि होती है। इस प्रकार, इसे आमतौर पर RuBP कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज या RuBisCO के रूप में जाना जाता है।

 Carboxylation

2. Reduction

कार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रिया के बाद, पीजीए की कमी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से होती है जिससे ग्लूकोज का निर्माण होता है। इस चरण में, एटीपी और एनएडीपीएच (फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया के दौरान गठित) का उपयोग किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एटीपी के 2 अणु और NADPH के 2 अणु क्रमशः फास्फोरिलीकरण के लिए और CO₂ की कमी के लिए इस चरण में उपयोग किए जाते हैं।

इसलिए, मार्ग से ग्लूकोज के एक अणु को मुक्त करने के लिए CO₂ के 6 अणुओं और चक्र के 6 घुमावों के निर्धारण की आवश्यकता होती है।

 Reduction

3. Regeneration

केल्विन चक्र के निरंतर और निर्बाध कामकाज के लिए, एटीपी, एनएडीपीएच की नियमित आपूर्ति होनी चाहिए और पर्याप्त मात्रा में आरयूबीपी की भी आवश्यकता होती है। RuBP (CO₂ स्वीकर्ता) का पुनर्जनन एक जटिल प्रक्रिया है और इसमें कई प्रकार की चीनी शामिल होती है, जो ट्रायोज़ (3C) से शुरू होकर हेप्टोस (7C) तक होती है।

पुनर्जनन चरण में फास्फारिलीकरण के लिए एक एटीपी अणु की आवश्यकता होती है। इसलिए, केल्विन चक्र में प्रवेश करने वाले प्रत्येक CO₂ अणु के लिए, ATP के 3 अणु और NADPH के 2 अणु आवश्यक हैं।

डार्क रिएक्शन में प्रयुक्त एटीपी और एनएडीपीएच की संख्या में अंतर को पूरा करने के लिए चक्रीय फास्फारिलीकरण होता है।

इस प्रकार, केल्विन मार्ग के माध्यम से ग्लूकोज के एक अणु का उत्पादन करने के लिए, 18 ATPs और 12 NADPHs की आवश्यकता होती है।
इसे वह नीचे दी गई तालिका से आसानी से समझ सकते हैं 

photosynthesis in higher plants class 11 in Hindi