प्रकाश संश्लेषण में एंजाइम गतिविधि

विषय

• प्रकाश संश्लेषण क्या है?
• प्रकाश संश्लेषण समीकरण
• प्रकाश संश्लेषण बनाम सेलुलर श्वसन
• पौधों की संरचना
• प्लांट सेल की संरचना
• क्लोरोप्लास्ट
• द लाइट रिएक्शंस
• द डार्क रिएक्शन्स
• Rubisco दर्ज करें

प्रकाश संश्लेषण को जीव विज्ञान के सभी में सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया 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 जीवों को बनाए रखते हैं। पशु कार्बन-आधारित पोषक तत्वों (कार्बोहाइड्रेट) और ऑक्सीजन पर निर्भर करते हैं, जो प्रकाश संश्लेषण करता है, क्योंकि यहां तक ​​कि वे जानवर भी जो अपने सभी पोषण प्राप्त करते हैं, अन्य जानवरों पर शिकार करके जीवों को खा रहे हैं जो स्वयं ज्यादातर पौधों पर या विशेष रूप से रहते हैं।

प्रकाश संश्लेषण से इस प्रकार प्रकृति में देखी गई ऊर्जा विनिमय की अन्य सभी प्रक्रियाओं का प्रवाह होता है। ग्लाइकोलाइसिस और सेलुलर श्वसन की प्रतिक्रियाओं की तरह, प्रकाश संश्लेषण में कदमों, एंजाइमों और अद्वितीय पहलुओं पर विचार करने और भूमिकाओं को समझने के लिए बीवी होती है, जो प्रकाश संश्लेषण के विशिष्ट उत्प्रेरक भोजन और प्रकाश और गैस के भोजन में रूपांतरण के लिए कितनी मात्रा में खेलते हैं। बुनियादी जैव रसायन।

प्रकाश संश्लेषण क्या है?

प्रकाश संश्लेषण से आपके द्वारा खाए गए अंतिम चीज के उत्पादन के साथ कुछ करना 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 जानवर से आया था जो खुद ही लगभग पूरी तरह से पौधों पर थम गया था। कुछ अलग ढंग से देखा जाए, तो अगर सूरज आज दुनिया को ठंडा किए बिना खुद को बंद कर देता, जिससे पौधों को दुर्लभ हो जाता, दुनिया की खाद्य आपूर्ति जल्द ही गायब हो जाती; पौधों, जो स्पष्ट रूप से शिकारियों नहीं हैं, किसी भी खाद्य श्रृंखला के बहुत नीचे हैं।

प्रकाश संश्लेषण पारंपरिक रूप से प्रकाश प्रतिक्रियाओं और अंधेरे प्रतिक्रियाओं में विभाजित है। प्रकाश संश्लेषण में दोनों प्रतिक्रियाएं महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं; पूर्व सूरज की रोशनी या अन्य प्रकाश ऊर्जा की उपस्थिति पर निर्भर करता है, जबकि बाद वाले प्रकाश प्रतिक्रिया के उत्पादों पर निर्भर नहीं करते हैं ताकि वे काम कर सकें। प्रकाश प्रतिक्रियाओं में, ऊर्जा अणुओं कि पौधे को कार्बोहाइड्रेट को इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है, जबकि कार्बोहाइड्रेट संश्लेषण स्वयं अंधेरे प्रतिक्रियाएं होती हैं। यह एरोबिक श्वसन के कुछ मायनों में समान है, जहां क्रेब्स चक्र, हालांकि एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, सभी कोशिकाओं की "ऊर्जा मुद्रा") का एक प्रमुख प्रत्यक्ष स्रोत नहीं है, जो मध्यवर्ती अणुओं का एक बड़ा सौदा उत्पन्न करता है - जो एक के निर्माण बाद के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में एटीपी का बड़ा सौदा।

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

प्रकाश संश्लेषण समीकरण

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 को₂ + प्रकाश + ६ एच₂ओ → सी₆एच₁₂हे₆ + 6 हे₂

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

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

अंधेरे प्रतिक्रियाएं: 6CO₂ + 24 एच⁺ + 24 ई⁻ → सी₆एच₁₂हे₆ + 6 एच₂हे

संक्षेप में, प्रकाश की प्रतिक्रियाएं इलेक्ट्रॉनों को डराने के लिए सूरज की रोशनी का उपयोग करती हैं जो कि पौधे तब भोजन (ग्लूकोज) बनाने में चैनल करता है। व्यवहार में यह कैसे होता है इसका अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है और यह अरबों वर्षों के जैविक विकास के लिए एक वसीयतनामा है।

प्रकाश संश्लेषण बनाम सेलुलर श्वसन

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

प्रकाश संश्लेषण में कार्बन डाइऑक्साइड को ग्लूकोज में बदलने वाली प्रतिक्रियाएं बहुत अलग हैं, हालांकि, उन लोगों की तुलना में जो सेलुलर श्वसन में कार्बन डाइऑक्साइड को वापस ग्लूकोज को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है। पौधे, ध्यान रखें, सेलुलर श्वसन का उपयोग भी करें। क्लोरोप्लास्ट "पौधों के माइटोकॉन्ड्रिया" नहीं हैं; पौधों में माइटोकॉन्ड्रिया भी होता है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में सोचें जो कि मुख्य रूप से होता है क्योंकि पौधों में मुंह नहीं होते हैं, फिर भी अपने स्वयं के ईंधन बनाने के लिए पोषक तत्व के रूप में ग्लूकोज को जलाने पर भरोसा करते हैं। यदि पौधों को अभी तक ग्लूकोज निगलना नहीं आता है, तब भी उन्हें इसकी निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है, तो उन्हें असंभव प्रतीत होता है और इसे स्वयं करना पड़ता है। पौधे भोजन कैसे बनाते हैं? वे बाहरी प्रकाश का उपयोग करने के लिए उनके अंदर छोटे बिजली संयंत्रों को चलाते हैं। वे ऐसा कर सकते हैं कि वे वास्तव में संरचित कैसे हैं, इस पर काफी हद तक निर्भर करता है।

पौधों की संरचना

संरचनाएं जिनके पास अपने द्रव्यमान के संबंध में बहुत अधिक सतह क्षेत्र हैं, वे अपने रास्ते से गुजरने वाले सूर्य के प्रकाश के एक महान सौदे को पकड़ने के लिए अच्छी तरह से तैनात हैं। यही कारण है कि पौधों में पत्तियां होती हैं। तथ्य यह है कि पत्तियां पौधों का सबसे हरा हिस्सा होती हैं पत्तियों में क्लोरोफिल के घनत्व का परिणाम है, क्योंकि यह वह जगह है जहां प्रकाश संश्लेषण का काम किया जाता है।

पत्तियां रंध्र नामक उनकी सतहों में छिद्र विकसित हुई हैं (एकवचन: रंध्र)। ये छिद्र ऐसे साधन हैं जिनके द्वारा पत्ती सीओ के प्रवेश और निकास को नियंत्रित कर सकती है₂, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक है, और ओ₂, जो प्रक्रिया का एक बेकार उत्पाद है। (ऑक्सीजन को अपशिष्ट के रूप में सोचना उचित है, लेकिन इस सेटिंग में, कड़ाई से बोलना, यही है।)

ये स्टोमेटा पत्ती को उसकी पानी की मात्रा को नियंत्रित करने में भी मदद करते हैं। जब पानी भरपूर मात्रा में होता है, तो पत्ते अधिक कठोर और "फुलाए" जाते हैं और रंध्र बंद रहने के लिए इच्छुक होते हैं। इसके विपरीत, जब पानी दुर्लभ होता है, तो पत्ती खुद को पोषण देने के प्रयास में खुलती है।

प्लांट सेल की संरचना

पादप कोशिकाएं यूकेरियोटिक कोशिकाएं हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास सभी कोशिकाओं (डीएनए, एक कोशिका झिल्ली, साइटोप्लाज्म और राइबोसोम) और विशिष्ट जीवों की संख्या के लिए दोनों चार संरचनाएं आम हैं। पौधे की कोशिकाएं, हालांकि, जानवरों और अन्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं के विपरीत, सेल की दीवारें होती हैं, जैसे बैक्टीरिया करते हैं लेकिन विभिन्न रसायनों का उपयोग करके निर्माण किया जाता है।

पौधों की कोशिकाओं में भी नाभिक होते हैं, और उनके अवयवों में माइटोकॉन्ड्रिया, एंडोप्लाज़मिक रेटिकुलम, गोल्गी निकायों, एक साइटोस्केलेटन और रिक्तिकाएं शामिल हैं। लेकिन पादप कोशिकाओं और अन्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि पौधे की कोशिकाएं होती हैं क्लोरोप्लास्ट.

क्लोरोप्लास्ट

पादप कोशिकाओं के भीतर ऑर्गेनेल होते हैं जिन्हें क्लोरोप्लास्ट कहा जाता है। माइटोकॉन्ड्रिया की तरह, ये माना जाता है कि यूकेरियोट्स के विकास में अपेक्षाकृत प्रारंभिक रूप से यूकेरियोटिक जीवों में शामिल किया गया है, एक इकाई के रूप में क्लोरोप्लास्ट बनने के लिए किस्मत में है, जो एक मुक्त-प्रकाश संश्लेषण-प्रदर्शन करिक्योट के रूप में विद्यमान है।

क्लोरोप्लास्ट, सभी जीवों की तरह, एक डबल प्लाज्मा झिल्ली से घिरा हुआ है। इस झिल्ली के भीतर स्ट्रोमा है, जो क्लोरोप्लास्ट के साइटोप्लाज्म की तरह कार्य करता है। क्लोरोप्लास्ट के भीतर भी थायलाकोइड नामक निकाय होते हैं, जो सिक्कों के ढेर की तरह व्यवस्थित होते हैं और स्वयं की एक झिल्ली द्वारा संलग्न होते हैं।

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

द लाइट रिएक्शंस

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

क्लोरोप्लास्ट के अंदर, प्लांट सेल के अंदर, थायलाकोइड झिल्ली पर हल्की प्रतिक्रियाएं होती हैं। जब प्रकाश में प्रोटीन-क्लोरोफिल कॉम्प्लेक्स होता है, तो वे चल पड़ते हैं फोटो सिस्टम II (PSII)। यह एंजाइम पानी के अणुओं से हाइड्रोजन परमाणुओं को मुक्त करता है। पानी में ऑक्सीजन तब मुक्त होता है, और इस प्रक्रिया में मुक्त किए गए इलेक्ट्रॉनों को प्लास्टोक्विनोल नामक एक अणु से जोड़ा जाता है, जो इसे प्लास्टोक्विनोन में बदल देता है। बदले में यह अणु एक एंजाइम परिसर में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करता है जिसे साइटोक्रोम b6f कहा जाता है। यह ctyb6f प्लास्टोक्विनोन से इलेक्ट्रॉनों को लेता है और उन्हें प्लास्टोसिनिन में ले जाता है।

इस समय, फोटोसिस्टम I (PSI) काम पर जाता है। यह एंजाइम प्लास्टोसिनिन से इलेक्ट्रॉनों को लेता है और उन्हें लौह-युक्त यौगिक से जोड़ता है जिसे फेर्रेडॉक्सिन कहा जाता है। अंत में, एक एंजाइम जिसे फेर्रेडॉक्सिन-एनएडीपी कहा जाता है⁺NADP से NADPH बनाने के लिए रिडक्टेस (FNR)⁺। आपको इन सभी यौगिकों को याद करने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन इसमें शामिल प्रतिक्रियाओं की प्रकृति, "हैंडिंग-ऑफ" प्रकृति के कैस्केडिंग की भावना होना महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, जब पीएसआईआई उपरोक्त प्रतिक्रियाओं को शक्ति देने के लिए पानी से हाइड्रोजन को मुक्त कर रहा है, तो उस हाइड्रोजन में से कुछ स्ट्रोमा के लिए थायलाकोइड को छोड़ना चाहता है, इसकी एकाग्रता ढाल नीचे। थायलाकोइड झिल्ली झिल्ली में एक एटीपी सिंथेज़ पंप को शक्ति देने के लिए इस प्राकृतिक बहिर्वाह का लाभ उठाता है, जो एटीपी बनाने के लिए एडीपी (एडेनोसिन डिपोस्फेट) के लिए फॉस्फेट अणुओं को संलग्न करता है।

द डार्क रिएक्शन्स

प्रकाश संश्लेषण की अंधेरे प्रतिक्रियाओं को इसलिए नाम दिया गया है क्योंकि वे प्रकाश पर भरोसा नहीं करते हैं। हालांकि, वे तब हो सकते हैं जब प्रकाश मौजूद है, इसलिए अधिक सटीक, यदि अधिक बोझिल, नाम है "प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रिया। "आगे के मामलों को स्पष्ट करने के लिए, अंधेरे प्रतिक्रियाओं को एक साथ भी जाना जाता है केल्विन चक्र.

कल्पना कीजिए कि, जब आपके फेफड़ों में हवा प्रवेश करती है, तो उस हवा में कार्बन डाइऑक्साइड आपकी कोशिकाओं में अपना रास्ता बना सकता है, जो तब इसका उपयोग उसी पदार्थ को बनाने के लिए करेगा जो आपके शरीर से आपके द्वारा खाए जाने वाले भोजन को तोड़ने के परिणामस्वरूप होता है। वास्तव में, इस वजह से, आपको कभी भी नहीं खाना होगा। यह अनिवार्य रूप से एक पौधे का जीवन है, जो सीओ 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, जो तब या तो अपनी जरूरतों के लिए स्टोर या जला देता है।

आप पहले ही देख चुके हैं कि प्रकाश संश्लेषण पानी से मुक्त हाइड्रोजन परमाणुओं को खंगालने और कुछ परमाणु और कुछ एटीपी बनाने के लिए उन परमाणुओं से ऊर्जा का उपयोग करके शुरू होता है। लेकिन अभी तक, प्रकाश संश्लेषण, CO2 में अन्य इनपुट का कोई उल्लेख नहीं किया गया है। अब आप देखेंगे कि पहली बार में NADPH और ATP को क्यों काटा गया था।

Rubisco दर्ज करें

अंधेरे प्रतिक्रियाओं के पहले चरण में, सीओ 2 को पांच-कार्बन शर्करा व्युत्पन्न से जोड़ा जाता है जिसे राइबुलोज 1,5-बिस्फोस्फेट कहा जाता है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम रिबुलोज-1,5-बिसफ़ॉस्फ़ेट कार्बोक्सिलेज / ऑक्सीजनेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसे अधिक यादगार रूप से जाना जाता है Rubisco। इस एंजाइम को दुनिया में सबसे प्रचुर मात्रा में प्रोटीन माना जाता है, यह देखते हुए कि यह प्रकाश संश्लेषण से गुजरने वाले सभी पौधों में मौजूद है।

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

इन प्रतिक्रियाओं में निर्मित G3P को तब विभिन्न पथों में रखा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ग्लूकोज, अमीनो एसिड या लिपिड का निर्माण होता है, जो पौधों की कोशिकाओं की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। पौधे ग्लूकोज के पॉलिमर को भी संश्लेषित करते हैं जो मानव आहार में स्टार्च और फाइबर का योगदान करते हैं।