प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण: विशेषताएं, तंत्र, उत्पाद - जीवविज्ञान - 2025

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण जैव रासायनिक प्रक्रिया है जिसके द्वारा कार्बनिक पदार्थों (कार्बन के आधार पर) अकार्बनिक पदार्थ से प्राप्त किया जाता है। इसे कार्बन निर्धारण चरण या केल्विन-बेन्सन चक्र के रूप में भी जाना जाता है। यह प्रक्रिया क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है।

अंधेरे चरण में, रासायनिक ऊर्जा की आपूर्ति प्रकाश चरण में उत्पन्न उत्पादों द्वारा की जाती है। ये उत्पाद ऊर्जावान अणु एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) और एनएडीपीएच (एक कम इलेक्ट्रॉन वाहक) हैं।

प्रकाश चरण और अंधेरे चरण। मौलुकियोनी, विकिमीडिया कॉमन्स से

अंधेरे चरण में प्रक्रिया के लिए मूलभूत कच्चा माल कार्बन है, जो कार्बन डाइऑक्साइड से प्राप्त होता है। अंतिम उत्पाद कार्बोहाइड्रेट या सरल शर्करा है। प्राप्त ये कार्बन यौगिक जीवित प्राणियों की जैविक संरचनाओं का मूल आधार हैं।

सामान्य विशेषताएँ

प्रकाश संश्लेषण का गहरा चरण। pixabay.com

प्रकाश संश्लेषण के इस चरण को इस तथ्य के कारण अंधेरा कहा जाता है कि इसके विकास के लिए सूर्य के प्रकाश की प्रत्यक्ष भागीदारी की आवश्यकता नहीं है। यह चक्र दिन के दौरान होता है।

अधिकांश प्रकाश संश्लेषक जीवों में क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में मुख्य रूप से डार्क फेज विकसित होता है। स्ट्रोमा वह मैट्रिक्स है जो थाइलाकोइड सिस्टम (जहां प्रकाश चरण होता है) के आसपास क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक गुहा को भरता है।

स्ट्रोमा में अंधेरे चरण के लिए आवश्यक एंजाइम होते हैं। इन एंजाइमों में सबसे महत्वपूर्ण है रूबीकोस (राइबुलस बिस्फॉस्फेट कार्बोक्सिलेज / ऑक्सीजनएज़), सबसे प्रचुर मात्रा में प्रोटीन, सभी मौजूदा घुलनशील प्रोटीनों के 20 से 40% के बीच का प्रतिनिधित्व करता है।

तंत्र

प्रक्रिया के लिए आवश्यक कार्बन पर्यावरण में सीओ ₂ (कार्बन डाइऑक्साइड) के रूप में है। शैवाल और सायनोबैक्टीरिया के मामले में, सीओ ₂ पानी में घुल जाता है जो उन्हें घेरता है। पौधों के मामले में, सीओ ₂ स्टोमेटा (एपिडर्मल कोशिकाओं) के माध्यम से प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं तक पहुंचता है।

-केल्विन-बेंसन चक्र

इस चक्र की कई प्रतिक्रियाएँ हैं:

प्रारंभिक प्रतिक्रिया

CO ₂ एक पाँच-कार्बन स्वीकर्ता यौगिक (राइबुलोज़ 1,5-बिस्फ़ॉस्फेट या आरयूबीपी) को बांधता है। यह प्रक्रिया एंजाइम रूबिसको द्वारा उत्प्रेरित होती है। परिणामस्वरूप यौगिक एक छह-कार्बन अणु है। यह जल्दी से टूट जाता है और प्रत्येक (तीन-फॉस्फोग्लाइसेरेट या 3PG) तीन कार्बन के दो यौगिक बनाता है।

केल्विन चक्र। केल्विन- cycle4.svg: माइक जोंसडेरिविटिव वर्क: एइबेडस्कल्जो, विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से

दूसरी प्रक्रिया

इन प्रतिक्रियाओं में, प्रकाश चरण से एटीपी द्वारा प्रदान की जाने वाली ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। एटीपी की ऊर्जा चालित फॉस्फोराइलेशन और एनएडीपीएच द्वारा मध्यस्थता में कमी की प्रक्रिया होती है। इस प्रकार, ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट (G3P) में 3-फॉस्फोग्लिसरेट कम हो जाता है।

G3P एक फॉस्फेट युक्त तीन-कार्बन चीनी है, जिसे ट्राइज़ फॉस्फेट भी कहा जाता है। ग्लिसराल्डिहाइड 3-फॉस्फेट (G3P) का केवल एक छठा चक्र के उत्पाद के रूप में शर्करा में बदल जाता है।

इस प्रकाश संश्लेषक चयापचय को C3 कहा जाता है, क्योंकि प्राप्त मूल उत्पाद एक तीन-कार्बन चीनी है।

अंतिम प्रक्रिया

G3P के वे भाग जो शर्करा में परिवर्तित नहीं होते हैं, उन्हें राइबुलोज मोनोफॉस्फेट (RuMP) बनाने के लिए संसाधित किया जाता है। RuMP एक मध्यवर्ती है जो 1,5-बिसफ़ॉस्फ़ेट (RuBP) राइबुलोज़ में परिवर्तित हो जाता है। इस तरह, सीओ ₂ स्वीकर्ता बरामद हुआ और केल्विन-बेंसन चक्र बंद हो गया।

ठेठ पत्ती में चक्र में उत्पादित कुल RuBP में से केवल एक तिहाई को स्टार्च में बदल दिया जाता है। यह पॉलीसैकराइड क्लोरोप्लास्ट में ग्लूकोज के स्रोत के रूप में संग्रहीत होता है।

एक अन्य भाग को सुक्रोज (एक डिसैकराइड) में बदल दिया जाता है और पौधे के अन्य अंगों में ले जाया जाता है। इसके बाद, सुक्रोज को मोनोसैकराइड (ग्लूकोज और फ्रुक्टोज) बनाने के लिए हाइड्रोलाइज किया जाता है।

-अन्य प्रकाश संश्लेषक चयापचय

विशेष रूप से पर्यावरणीय परिस्थितियों में, पौधों की प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया विकसित हुई है और अधिक कुशल हो गई है। इसने शर्करा प्राप्त करने के लिए अलग-अलग चयापचय मार्गों की उपस्थिति के लिए नेतृत्व किया है।

सी 4 चयापचय

गर्म वातावरण में जल वाष्प के नुकसान से बचने के लिए दिन के दौरान पत्ती के स्टोमेटा को बंद कर दिया जाता है। इसलिए पत्ती में सीओ ₂ की एकाग्रता ऑक्सीजन (ओ ₂) के संबंध में कम हो जाती है । रूबिसो एंजाइम में एक डबल सब्सट्रेट संबंध है: सीओ ₂ और ओ ₂ ।

कम सीओ ₂ और उच्च ओ ₂ सांद्रता में, रूबिस्को ओ ₂ के संक्षेपण को उत्प्रेरित करता है । इस प्रक्रिया को फोटोरेसिपरेशन कहा जाता है और यह प्रकाश संश्लेषक दक्षता कम कर देता है। फोटोरेस्पिरेशन का मुकाबला करने के लिए, उष्णकटिबंधीय वातावरण में कुछ पौधों ने एक विशेष प्रकाश संश्लेषक शरीर रचना विज्ञान और शरीर विज्ञान विकसित किया है।

C4 चयापचय के दौरान, कार्बन मेसोफिल कोशिकाओं में तय किया जाता है और केल्विन-बेंसन चक्र क्लोरोफिल कोशिकाओं में होता है। सीओ ₂ का निर्धारण रात के दौरान होता है। यह क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में नहीं होता है, लेकिन मेसोफिल कोशिकाओं के साइटोसोल में होता है।

CO ₂ का निर्धारण कार्बोक्सेलेशन प्रतिक्रिया द्वारा होता है। प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने वाला एंजाइम फॉस्फेनोलेफ्रुवेट कार्बोक्सिलेज (PEP-carboxylase) है, जो सेल में सीओ ₂ की कम सांद्रता के प्रति संवेदनशील नहीं है ।

सीओ ₂ स्वीकर्ता अणु फॉस्फोनोलोफ्यूविक एसिड (PEPA) है। प्राप्त मध्यवर्ती उत्पाद ऑक्सालैसिटिक एसिड या ऑक्सीलोसेटेट है। कुछ पौधों की प्रजातियों में या अन्य में एसपेरेट (एक अमीनो एसिड) को अलग करने के लिए ऑक्सालोसेटेट कम किया जाता है।

इसके बाद, मैलेट संवहनी प्रकाश संश्लेषक म्यान की कोशिकाओं में चला जाता है। यहाँ यह डीकार्बाक्सिलेटेड है और पाइरूवेट और सीओ ₂ का उत्पादन किया जाता है ।

CO ₂ कैल्विन-बेन्सन चक्र में प्रवेश करता है और रुबिस्को के साथ PGA बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है। इसके हिस्से के लिए, पाइरूवेट मेसोफिल कोशिकाओं में लौटता है जहां यह कार्बन डाइऑक्साइड स्वीकर्ता को पुन: उत्पन्न करने के लिए एटीपी के साथ प्रतिक्रिया करता है।

सीएएम चयापचय

Crassulaceae एसिड चयापचय (सीएएम) सीओ ₂ निर्धारण के लिए एक और रणनीति है । यह तंत्र स्वतंत्र पौधों के विभिन्न समूहों में स्वतंत्र रूप से विकसित हुआ है।

सीएएम प्लांट C3 और C4 दोनों रास्तों का उपयोग करते हैं, जैसे वे C4 पौधों में करते हैं। लेकिन दोनों चयापचय के अलगाव अस्थायी हैं।

सीओ ₂ रात में साइटोसोल में PEP-carboxylase की गतिविधि से तय होता है और ऑक्सीलोसेटेट बनता है। ऑक्सालोसेटेट को माल्ट करने के लिए कम किया जाता है, जिसे रिक्तिका में मैलिक एसिड के रूप में संग्रहित किया जाता है।

बाद में, प्रकाश की उपस्थिति में, मलिक एसिड को रिक्तिका से बरामद किया जाता है। यह डीकार्बाक्सिलेटेड है और सीओ ₂ को उसी सेल के भीतर केल्विन-बेन्सन चक्र के आरयूबीपी में स्थानांतरित किया जाता है।

सीएएम प्लांट में बड़े रिक्तिका के साथ प्रकाश संश्लेषक कोशिकाएं होती हैं, जहां मैलिक एसिड जमा होता है, और क्लोरोप्लास्ट जहां मैलिक एसिड से प्राप्त सीओ ₂ कार्बोहाइड्रेट में बदल जाता है।

अंतिम उत्पाद

प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के अंत में, विभिन्न शर्करा का उत्पादन किया जाता है। सुक्रोज एक मध्यवर्ती उत्पाद है जो पत्तियों से पौधे के अन्य भागों में तेजी से जुटाया जाता है। इसका उपयोग सीधे ग्लूकोज प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।

स्टार्च का उपयोग आरक्षित पदार्थ के रूप में किया जाता है। यह पत्ती पर जमा हो सकता है या अन्य अंगों जैसे तने और जड़ों तक पहुँचाया जा सकता है। वहां इसे तब तक रखा जाता है जब तक कि पौधे के विभिन्न हिस्सों में इसकी आवश्यकता न हो। इसे विशेष प्लास्टिड्स में संग्रहित किया जाता है, जिसे एमाइलोप्लास्ट कहा जाता है।

इस जैव रासायनिक चक्र से प्राप्त उत्पाद पौधे के लिए महत्वपूर्ण हैं। उत्पादित ग्लूकोज का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में अमीनो एसिड, लिपिड और न्यूक्लिक एसिड जैसे यौगिकों के निर्माण के लिए किया जाता है।

दूसरी ओर, अंधेरे चरण से उत्पादित शर्करा खाद्य श्रृंखला के आधार का प्रतिनिधित्व करती है। ये यौगिक रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित सौर ऊर्जा के पैकेजों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो सभी जीवित जीवों द्वारा उपयोग किए जाते हैं।

संदर्भ

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