प्रकाशसंश्लेषणाचा गडद टप्पा कोठे होतो? प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा. प्रकाशसंश्लेषणाच्या कोणत्या टप्प्यात ATP संश्लेषण होते?

- प्रकाश उर्जेच्या अनिवार्य वापरासह कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यापासून सेंद्रिय पदार्थांचे संश्लेषण:

6CO 2 + 6H 2 O + Q प्रकाश → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

उच्च वनस्पतींमध्ये, प्रकाशसंश्लेषणाचा अवयव पानांचा असतो, प्रकाशसंश्लेषणाचे अवयव क्लोरोप्लास्ट असतात (क्लोरोप्लास्टची रचना व्याख्यान क्रमांक 7 आहे). क्लोरोप्लास्टच्या थायलाकॉइड झिल्लीमध्ये प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्ये असतात: क्लोरोफिल आणि कॅरोटीनोइड्स. क्लोरोफिलचे अनेक प्रकार आहेत ( अ ब क ड), मुख्य म्हणजे क्लोरोफिल a. क्लोरोफिल रेणूमध्ये, मध्यभागी मॅग्नेशियम अणू असलेले पोर्फिरिन “हेड” आणि फायटोल “शेपटी” ओळखले जाऊ शकते. पोर्फिरिन “हेड” ही एक सपाट रचना आहे, ती हायड्रोफिलिक आहे आणि म्हणून स्ट्रोमाच्या जलीय वातावरणास सामोरे जाणाऱ्या पडद्याच्या पृष्ठभागावर आहे. फायटोल "शेपटी" हायड्रोफोबिक आहे आणि अशा प्रकारे क्लोरोफिल रेणू पडद्यामध्ये ठेवते.

क्लोरोफिल लाल आणि निळा-व्हायलेट प्रकाश शोषून घेतो, हिरवा परावर्तित करतो आणि म्हणून वनस्पतींना त्यांचा वैशिष्ट्यपूर्ण हिरवा रंग देतो. थायलॅकॉइड झिल्लीमधील क्लोरोफिल रेणू मध्ये आयोजित केले जातात फोटोसिस्टम. वनस्पती आणि निळ्या-हिरव्या शैवालमध्ये फोटोसिस्टम-1 आणि फोटोसिस्टम-2 असते; प्रकाशसंश्लेषक जीवाणूंमध्ये फोटोसिस्टम-1 असते. केवळ फोटोसिस्टम-2 ऑक्सिजन सोडण्याने पाण्याचे विघटन करू शकते आणि पाण्याच्या हायड्रोजनमधून इलेक्ट्रॉन घेऊ शकते.

प्रकाशसंश्लेषण ही एक जटिल मल्टी-स्टेज प्रक्रिया आहे; प्रकाशसंश्लेषण प्रतिक्रिया दोन गटांमध्ये विभागल्या जातात: प्रतिक्रिया प्रकाश टप्पाआणि प्रतिक्रिया गडद टप्पा.

प्रकाश टप्पा

क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन वाहक प्रथिने आणि एटीपी सिंथेटेस एंजाइमच्या सहभागासह थायलकोइड झिल्लीमध्ये प्रकाशाच्या उपस्थितीतच हा टप्पा होतो. प्रकाशाच्या परिमाणाच्या कृती अंतर्गत, क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात, रेणू सोडतात आणि थायलकोइड झिल्लीच्या बाहेरील बाजूस प्रवेश करतात, जे शेवटी नकारात्मक चार्ज होते. ऑक्सिडाइज्ड क्लोरोफिल रेणू इंट्राथाइलकॉइड जागेत असलेल्या पाण्यातून इलेक्ट्रॉन्स घेऊन पुनर्संचयित केले जातात. यामुळे पाण्याचे विघटन किंवा फोटोलिसिस होते:

H 2 O + Q प्रकाश → H + + OH -.

हायड्रॉक्सिल आयन त्यांचे इलेक्ट्रॉन दान करतात, प्रतिक्रियाशील रेडिकलमध्ये बदलतात. OH:

OH - → .OH + e - .

Radicals.OH एकत्र होऊन पाणी आणि मुक्त ऑक्सिजन तयार होतो:

४ नाही. → 2H 2 O + O 2.

या प्रकरणात, ऑक्सिजन बाह्य वातावरणात काढून टाकला जातो आणि प्रोटॉन "प्रोटॉन जलाशय" मध्ये थायलकॉइडच्या आत जमा होतात. परिणामी, थायलॉइड झिल्ली, एकीकडे, एच ​​+ मुळे सकारात्मक चार्ज होते, दुसरीकडे, इलेक्ट्रॉन्समुळे नकारात्मक. जेव्हा थायलॅकॉइड झिल्लीच्या बाह्य आणि आतील बाजूंमधील संभाव्य फरक 200 mV पर्यंत पोहोचतो, तेव्हा प्रोटॉन्स ATP सिंथेटेसच्या वाहिन्यांद्वारे ढकलले जातात आणि ADP एटीपीमध्ये फॉस्फोरिलेट केले जातात; अणु हायड्रोजनचा वापर विशिष्ट वाहक NADP + (निकोटीनामाइड अॅडेनाइन डायन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) NADP H 2 मध्ये पुनर्संचयित करण्यासाठी केला जातो:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

अशा प्रकारे, प्रकाशाच्या टप्प्यात पाण्याचे फोटोलिसिस होते, ज्यामध्ये तीन असतात गंभीर प्रक्रिया: 1) एटीपी संश्लेषण; 2) NADP·H 2 ची निर्मिती; 3) ऑक्सिजनची निर्मिती. ऑक्सिजन वातावरणात पसरतो, ATP आणि NADP·H 2 क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये नेले जातात आणि गडद अवस्थेच्या प्रक्रियेत भाग घेतात.

1 - क्लोरोप्लास्टचा स्ट्रोमा; 2 - ग्रॅना थायलकोइड.

गडद टप्पा

हा टप्पा क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये होतो. त्याच्या प्रतिक्रियांना प्रकाशाच्या ऊर्जेची आवश्यकता नसते, म्हणून ते केवळ प्रकाशातच नव्हे तर अंधारात देखील होतात. गडद अवस्थेतील प्रतिक्रिया ही कार्बन डाय ऑक्साईड (हवेतून येते) च्या क्रमिक परिवर्तनांची साखळी आहे, ज्यामुळे ग्लुकोज आणि इतर सेंद्रिय पदार्थांची निर्मिती होते.

या साखळीतील पहिली प्रतिक्रिया म्हणजे कार्बन डायऑक्साइड निश्चित करणे; कार्बन डायऑक्साइड स्वीकारणारा पाच-कार्बन साखर आहे ribulose bisphosphate(RiBF); एंजाइम प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करते ribulose bisphosphate carboxylase(RiBP-carboxylase). रिब्युलोज बिस्फॉस्फेटच्या कार्बोक्सिलेशनच्या परिणामी, एक अस्थिर सहा-कार्बन कंपाऊंड तयार होते, जे लगेचच दोन रेणूंमध्ये विघटित होते. फॉस्फोग्लिसरिक ऍसिड(FGK). नंतर प्रतिक्रियांचे एक चक्र आहे ज्यामध्ये, मध्यवर्ती उत्पादनांच्या मालिकेद्वारे, फॉस्फोग्लिसरिक ऍसिडचे ग्लुकोजमध्ये रूपांतर होते. या प्रतिक्रिया प्रकाश टप्प्यात तयार झालेल्या ATP आणि NADP·H 2 ची ऊर्जा वापरतात; या प्रतिक्रियांच्या चक्राला कॅल्विन सायकल म्हणतात:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

ग्लुकोज व्यतिरिक्त, जटिल सेंद्रिय संयुगेचे इतर मोनोमर्स प्रकाशसंश्लेषण दरम्यान तयार होतात - अमीनो ऍसिड, ग्लिसरॉल आणि फॅटी ऍसिडस्, न्यूक्लियोटाइड्स. सध्या, प्रकाशसंश्लेषणाचे दोन प्रकार आहेत: C 3 - आणि C 4 - प्रकाशसंश्लेषण.

C 3 -प्रकाशसंश्लेषण

हा प्रकाशसंश्लेषणाचा एक प्रकार आहे ज्यामध्ये तीन-कार्बन (C3) संयुगे प्रथम उत्पादन आहेत. C 3 -photosynthesis चा शोध C 4 -photosynthesis (M. Calvin) पूर्वी झाला होता. हे C 3 -फोटोसिंथेसिस आहे जे वर वर्णन केले आहे, "गडद फेज" या शीर्षकाखाली. C 3 प्रकाशसंश्लेषणाची वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्ये: 1) RiBP हा कार्बन डायऑक्साइड स्वीकारणारा आहे, 2) RiBP carboxylase RiBP कार्बोक्झिलेशन प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करते, 3) RiBP कार्बोक्झिलेशनच्या परिणामी, सहा-कार्बन संयुग तयार होते, जे दोन FHAs मध्ये विघटित होते. FHA वर पुनर्संचयित केले आहे ट्रायओस फॉस्फेट्स(TF). टीएफचा काही भाग आरआयबीपीच्या पुनरुत्पादनासाठी वापरला जातो, काही भाग ग्लुकोजमध्ये बदलला जातो.

1 - क्लोरोप्लास्ट; 2 - पेरोक्सिसोम; 3 - माइटोकॉन्ड्रिअन.

हे ऑक्सिजनचे प्रकाश-आश्रित शोषण आणि कार्बन डायऑक्साइड सोडते. अगदी गेल्या शतकाच्या सुरूवातीस, असे आढळून आले की ऑक्सिजन प्रकाश संश्लेषण रोखते. हे दिसून आले की, केवळ कार्बन डाय ऑक्साईडच नाही तर ऑक्सिजन देखील आरआयबीपी कार्बोक्झिलेझसाठी सब्सट्रेट असू शकतो:

O 2 + RiBP → फॉस्फोग्लायकोलेट (2С) + FHA (3С).

एंझाइमला RiBP-oxygenase म्हणतात. ऑक्सिजन कार्बन डाय ऑक्साईड निश्चित करण्यासाठी एक स्पर्धात्मक अवरोधक आहे. फॉस्फेट गट तोडला जातो आणि फॉस्फोग्लायकोलेट ग्लायकोलेट बनते, ज्याचा वनस्पतीने वापर केला पाहिजे. ते पेरोक्सिसोम्समध्ये प्रवेश करते, जिथे ते ग्लाइसिनमध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाते. ग्लायसीन मायटोकॉन्ड्रियामध्ये प्रवेश करते, जिथे ते सीरीनमध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाते, सीओ 2 च्या स्वरूपात आधीच निश्चित कार्बनचे नुकसान होते. परिणामी, ग्लायकोलेटचे दोन रेणू (2C + 2C) एका FHA (3C) आणि CO 2 मध्ये रूपांतरित होतात. फोटोरेस्पीरेशनमुळे C 3 - वनस्पतींचे उत्पादन 30-40% कमी होते ( C 3 - वनस्पती- सी 3 -फोटोसिंथेसिस द्वारे वैशिष्ट्यीकृत वनस्पती).

C 4 -photosynthesis - प्रकाशसंश्लेषण, ज्यामध्ये प्रथम उत्पादन चार-कार्बन (C 4) संयुगे आहे. 1965 मध्ये असे आढळून आले की काही वनस्पतींमध्ये (ऊस, कॉर्न, ज्वारी, बाजरी) प्रकाश संश्लेषणाची पहिली उत्पादने चार-कार्बन ऍसिड असतात. अशा वनस्पती म्हणतात 4 वनस्पती सह. 1966 मध्ये, ऑस्ट्रेलियन शास्त्रज्ञ हॅच आणि स्लॅक यांनी दर्शविले की सी 4 वनस्पतींमध्ये व्यावहारिकदृष्ट्या कोणतेही फोटोरेस्पीरेशन नसते आणि ते कार्बन डायऑक्साइड अधिक कार्यक्षमतेने शोषून घेतात. C 4 वनस्पतींमध्ये कार्बन परिवर्तनाचा मार्ग म्हटले जाऊ लागले हॅच-स्लॅक द्वारे.

C 4 झाडे पानांच्या विशेष शारीरिक रचना द्वारे दर्शविले जातात. सर्व प्रवाहकीय बंडल पेशींच्या दुहेरी थराने वेढलेले आहेत: बाहेरील एक मेसोफिल पेशी आहे, आतील एक अस्तर पेशी आहे. कार्बन डायऑक्साइड मेसोफिल पेशींच्या साइटोप्लाझममध्ये निश्चित केला जातो, स्वीकारणारा असतो phosphoenolpyruvate(पीईपी, 3 सी), पीईपी कार्बोक्झिलेशनच्या परिणामी, ऑक्सॅलोएसीटेट (4 सी) तयार होतो. प्रक्रिया उत्प्रेरक आहे पीईपी कार्बोक्झिलेज. RiBP carboxylase च्या उलट, PEP carboxylase मध्ये CO 2 साठी उच्च आत्मीयता आहे आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, O 2 शी संवाद साधत नाही. मेसोफिल क्लोरोप्लास्टमध्ये, अनेक ग्रॅनी आहेत, जेथे प्रकाश टप्प्याच्या प्रतिक्रिया सक्रियपणे होत आहेत. म्यान पेशींच्या क्लोरोप्लास्टमध्ये, गडद अवस्थेच्या प्रतिक्रिया घडतात.

Oxaloacetate (4C) चे रूपांतर मॅलेटमध्ये होते, जे प्लाझमोडेस्माटाद्वारे अस्तर पेशींमध्ये नेले जाते. येथे ते decarboxylated आणि निर्जलीकरण होऊन पायरुवेट, CO 2 आणि NADP·H 2 बनते.

पायरुवेट मेसोफिल पेशींमध्ये परत येतो आणि पीईपीमध्ये एटीपी उर्जेच्या खर्चावर पुन्हा निर्माण होतो. CO 2 पुन्हा FHA च्या निर्मितीसह RiBP carboxylase द्वारे निश्चित केले जाते. PEP च्या पुनरुत्पादनासाठी ATP ची उर्जा आवश्यक आहे, म्हणून C 3 प्रकाशसंश्लेषणाच्या तुलनेत जवळजवळ दुप्पट ऊर्जा आवश्यक आहे.

प्रकाशसंश्लेषणाचे महत्त्व

प्रकाशसंश्लेषणामुळे, दरवर्षी अब्जावधी टन कार्बन डायऑक्साइड वातावरणातून शोषले जातात, अब्जावधी टन ऑक्सिजन सोडले जातात; प्रकाशसंश्लेषण हे सेंद्रिय पदार्थांच्या निर्मितीचे मुख्य स्त्रोत आहे. ओझोनचा थर ऑक्सिजनपासून तयार होतो, जो लहान-लहरी अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गापासून सजीवांचे संरक्षण करतो.

प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान, हिरवे पान त्यावर पडणाऱ्या सौर ऊर्जेपैकी फक्त 1% वापरते, उत्पादनक्षमता प्रति तास पृष्ठभागाच्या 1 मीटर 2 प्रति 1 ग्रॅम सेंद्रिय पदार्थ असते.

केमोसिंथेसिस

कार्बन डाय ऑक्साईड आणि पाण्यापासून सेंद्रिय संयुगेचे संश्लेषण, प्रकाश उर्जेच्या खर्चावर नाही तर अजैविक पदार्थांच्या ऑक्सिडेशन उर्जेच्या खर्चावर केले जाते, याला म्हणतात. केमोसिंथेसिस. केमोसिंथेटिक जीवांमध्ये काही प्रकारचे जीवाणू समाविष्ट असतात.

नायट्रिफायिंग बॅक्टेरियाअमोनियाचे नायट्रसमध्ये ऑक्सिडाइझ करा आणि नंतर नायट्रिक ऍसिडमध्ये (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

लोह बॅक्टेरियाफेरस लोहाचे ऑक्साईडमध्ये रूपांतर करा (Fe 2+ → Fe 3+).

सल्फर बॅक्टेरियाहायड्रोजन सल्फाइडचे सल्फर किंवा सल्फ्यूरिक ऍसिडमध्ये ऑक्सिडाइझ करा (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

अजैविक पदार्थांच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांच्या परिणामी, ऊर्जा सोडली जाते, जी एटीपीच्या उच्च-ऊर्जा बंधांच्या स्वरूपात जीवाणूंद्वारे संग्रहित केली जाते. ATP चा वापर सेंद्रिय पदार्थांच्या संश्लेषणासाठी केला जातो, जो प्रकाशसंश्लेषणाच्या गडद टप्प्यातील प्रतिक्रियांप्रमाणेच पुढे जातो.

केमोसिंथेटिक बॅक्टेरिया जमिनीत खनिजे जमा होण्यास, जमिनीची सुपीकता सुधारण्यास, सांडपाणी प्रक्रिया करण्यास प्रोत्साहन देतात इ.

जा व्याख्याने №11"चयापचय संकल्पना. प्रथिनांचे जैवसंश्लेषण"

जा व्याख्याने №13"युकेरियोटिक पेशींच्या विभाजनाच्या पद्धती: मायटोसिस, मेयोसिस, अमिटोसिस"

प्रकाशसंश्लेषण- प्रकाश ऊर्जा (hv) मुळे अजैविक यौगिकांपासून सेंद्रिय संयुगेचे संश्लेषण. एकूण प्रकाशसंश्लेषण समीकरण आहे:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

प्रकाशसंश्लेषण हे प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्यांच्या सहभागाने पुढे जाते, ज्यात एटीपीच्या रूपात सूर्यप्रकाशाच्या ऊर्जेचे रासायनिक बंध उर्जेमध्ये रूपांतर करण्याचा अद्वितीय गुणधर्म असतो. प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्ये हे प्रथिनेसारखे पदार्थ असतात. यातील सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे रंगद्रव्य क्लोरोफिल. युकेरियोट्समध्ये, प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्ये प्लास्टीड्सच्या आतील पडद्यामध्ये एम्बेड केलेले असतात; प्रोकेरिओट्समध्ये, ते सायटोप्लाज्मिक झिल्लीच्या आक्रमणामध्ये अंतर्भूत असतात.

क्लोरोप्लास्टची रचना मायटोकॉन्ड्रियासारखीच असते. ग्रॅना थायलॅकॉइड्सच्या आतील पडद्यामध्ये प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्ये, तसेच इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेन प्रथिने आणि एटीपी सिंथेटेस एंझाइम रेणू असतात.

प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेत दोन टप्पे असतात: प्रकाश आणि गडद.

प्रकाश टप्पा प्रकाशसंश्लेषण केवळ थायलकोइड ग्रॅना झिल्लीमध्ये प्रकाशाच्या उपस्थितीत होते. या टप्प्यात, क्लोरोफिलद्वारे प्रकाश क्वांटाचे शोषण, एटीपी रेणूची निर्मिती आणि पाण्याचे फोटोलिसिस होते.

लाइट क्वांटम (एचव्ही) च्या क्रियेखाली, क्लोरोफिल उत्तेजित अवस्थेत उत्तीर्ण होऊन इलेक्ट्रॉन गमावते:

Chl → Chl + e —

हे इलेक्ट्रॉन वाहकांद्वारे बाहेरील भागात हस्तांतरित केले जातात, म्हणजे. थायलकोइड झिल्लीची पृष्ठभाग मॅट्रिक्सच्या समोर, जिथे ते जमा होतात.

त्याच वेळी, थायलकोइड्सच्या आत पाण्याचे फोटोलिसिस होते, म्हणजे. प्रकाशाच्या प्रभावाखाली त्याचे विघटन

2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

परिणामी इलेक्ट्रॉन वाहकांद्वारे क्लोरोफिल रेणूंमध्ये हस्तांतरित केले जातात आणि त्यांना पुनर्संचयित करतात: क्लोरोफिल रेणू स्थिर स्थितीत परत येतात.

हायड्रोजन प्रोटॉन, पाण्याच्या फोटोलिसिस दरम्यान तयार होतात, थायलाकॉइडमध्ये जमा होतात, ज्यामुळे H + - जलाशय तयार होतो. परिणामी, थायलाकॉइड झिल्लीच्या आतील पृष्ठभागावर सकारात्मक शुल्क आकारले जाते (H + मुळे), आणि बाह्य पृष्ठभाग नकारात्मक चार्ज होतो (e - मुळे). झिल्लीच्या दोन्ही बाजूंवर विपरीत चार्ज केलेले कण जमा झाल्यामुळे संभाव्य फरक वाढतो. जेव्हा संभाव्य फरकाचे महत्त्वपूर्ण मूल्य गाठले जाते, तेव्हा विद्युत क्षेत्राची ताकद एटीपी सिंथेटेस चॅनेलद्वारे प्रोटॉनला ढकलण्यास सुरवात करते. या प्रकरणात सोडलेली ऊर्जा ADP रेणू फॉस्फोरिलेट करण्यासाठी वापरली जाते:

ADP + F → ATP

प्रकाश उर्जेच्या प्रभावाखाली प्रकाशसंश्लेषण दरम्यान एटीपीची निर्मिती म्हणतात फोटोफॉस्फोरिलेशन.

हायड्रोजन आयन, एकदा थायलॅकॉइड झिल्लीच्या बाह्य पृष्ठभागावर, तेथे इलेक्ट्रॉन्सला भेटतात आणि अणू हायड्रोजन तयार करतात, जे हायड्रोजन वाहक रेणू NADP (निकोटीनामाइड एडिनाइन डायन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) ला जोडतात:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

अशा प्रकारे, प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रकाश टप्प्यात, तीन प्रक्रिया घडतात: पाण्याच्या विघटनामुळे ऑक्सिजनची निर्मिती, एटीपीचे संश्लेषण, एनएडीपी एच 2 च्या स्वरूपात हायड्रोजन अणूंची निर्मिती. ऑक्सिजन वातावरणात पसरतो, एटीपी आणि एनएडीपी एच 2 गडद टप्प्याच्या प्रक्रियेत गुंतलेले असतात.

गडद टप्पाप्रकाशसंश्लेषण हे क्लोरोप्लास्ट मॅट्रिक्समध्ये प्रकाशात आणि अंधारात दोन्ही ठिकाणी होते आणि कॅल्विन चक्रात हवेतून येणार्‍या CO 2 च्या क्रमिक परिवर्तनांची मालिका आहे. गडद अवस्थेच्या प्रतिक्रिया एटीपीच्या उर्जेमुळे केल्या जातात. कॅल्विन सायकलमध्ये, ग्लुकोज तयार करण्यासाठी NADP H 2 पासून हायड्रोजनसह CO 2 बंध.

प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रक्रियेत, मोनोसॅकराइड्स (ग्लूकोज इ.) व्यतिरिक्त, इतर सेंद्रिय संयुगेचे मोनोमर्स संश्लेषित केले जातात - अमीनो ऍसिड, ग्लिसरॉल आणि फॅटी ऍसिडस्. अशा प्रकारे, प्रकाशसंश्लेषणामुळे, वनस्पती स्वतःला आणि पृथ्वीवरील सर्व जीवनास आवश्यक सेंद्रिय पदार्थ आणि ऑक्सिजन प्रदान करतात.

तुलनात्मक वैशिष्ट्येयुकेरियोट्सचे प्रकाशसंश्लेषण आणि श्वसन सारणीमध्ये दिले आहे:

प्रकाशसंश्लेषणासारख्या जटिल प्रक्रियेचे थोडक्यात आणि स्पष्टपणे कसे स्पष्टीकरण द्यावे? वनस्पती हे एकमेव सजीव आहेत जे स्वतःचे अन्न स्वतः तयार करू शकतात. ते कसे करतात? वाढीसाठी आणि पासून सर्व आवश्यक पदार्थ प्राप्त करा वातावरण: कार्बन डायऑक्साइड - हवा, पाणी आणि - मातीपासून. त्यांना सूर्यप्रकाशापासून ऊर्जा देखील आवश्यक आहे. ही ऊर्जा काही रासायनिक अभिक्रियांना चालना देते ज्या दरम्यान कार्बन डायऑक्साइड आणि पाणी ग्लुकोज (पोषण) मध्ये रूपांतरित होते आणि प्रकाश संश्लेषण होते. थोडक्यात आणि स्पष्टपणे, प्रक्रियेचे सार शालेय वयाच्या मुलांना देखील समजावून सांगितले जाऊ शकते.

"प्रकाशासह"

"फोटोसिंथेसिस" हा शब्द दोन ग्रीक शब्दांपासून आला आहे - "फोटो" आणि "सिंथेसिस", एक संयोजन ज्याचा अनुवादात अर्थ "प्रकाशासह एकत्र" आहे. सौर ऊर्जेचे रासायनिक ऊर्जेत रूपांतर होते. प्रकाशसंश्लेषणाचे रासायनिक समीकरण:

6CO 2 + 12H 2 O + प्रकाश \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

याचा अर्थ असा की 6 कार्बन डायऑक्साइड रेणू आणि बारा पाण्याचे रेणू (सूर्यप्रकाशासह) ग्लुकोज तयार करण्यासाठी वापरले जातात, परिणामी सहा ऑक्सिजन रेणू आणि सहा पाण्याचे रेणू तयार होतात. जर आपण हे शाब्दिक समीकरणाच्या रूपात प्रस्तुत केले तर आपल्याला खालील गोष्टी मिळतील:

पाणी + सूर्य => ग्लुकोज + ऑक्सिजन + पाणी.

सूर्य हा उर्जेचा एक अतिशय शक्तिशाली स्त्रोत आहे. लोक नेहमी त्याचा वापर वीज निर्मिती, घरांचे पृथक्करण, पाणी गरम करण्यासाठी इत्यादीसाठी करतात. वनस्पतींनी लाखो वर्षांपूर्वी सौर ऊर्जेचा वापर कसा करायचा हे "आकलून दिले" कारण ते त्यांच्या अस्तित्वासाठी आवश्यक होते. प्रकाशसंश्लेषण खालील प्रमाणे थोडक्यात आणि स्पष्टपणे स्पष्ट केले जाऊ शकते: वनस्पती सूर्यप्रकाशातील प्रकाश उर्जेचा वापर करतात आणि त्याचे रासायनिक उर्जेमध्ये रूपांतर करतात, ज्याचा परिणाम साखर (ग्लुकोज) होतो, ज्याची जास्तीची पाने, मुळे, देठांमध्ये स्टार्च म्हणून साठवले जाते. आणि वनस्पतीच्या बिया. सूर्याची ऊर्जा वनस्पतींमध्ये, तसेच ही झाडे खातात त्या प्राण्यांमध्ये हस्तांतरित केली जाते. जेव्हा एखाद्या वनस्पतीला वाढीसाठी आणि इतर जीवन प्रक्रियेसाठी पोषक तत्वांची आवश्यकता असते तेव्हा हे साठे खूप उपयुक्त असतात.

वनस्पती सौर ऊर्जा कशी शोषून घेतात?

प्रकाशसंश्लेषणाबद्दल थोडक्यात आणि स्पष्टपणे बोलणे, वनस्पती सौर ऊर्जा शोषून घेण्यास कसे व्यवस्थापित करतात या प्रश्नावर स्पर्श करणे योग्य आहे. हे पानांच्या विशेष संरचनेमुळे होते, ज्यामध्ये हिरव्या पेशी असतात - क्लोरोप्लास्ट, ज्यामध्ये क्लोरोफिल नावाचा एक विशेष पदार्थ असतो. यामुळेच पानांना त्यांचा हिरवा रंग मिळतो आणि सूर्यप्रकाशाची ऊर्जा शोषून घेण्यास ते जबाबदार असतात.

बहुतेक पाने रुंद आणि सपाट का असतात?

प्रकाशसंश्लेषण वनस्पतींच्या पानांमध्ये होते. आश्चर्यकारक वस्तुस्थिती अशी आहे की झाडे सूर्यप्रकाश पकडण्यासाठी आणि कार्बन डाय ऑक्साईड शोषण्यासाठी अतिशय चांगल्या प्रकारे अनुकूल आहेत. विस्तृत पृष्ठभागामुळे, जास्त प्रकाश पकडला जाईल. या कारणास्तव घरांच्या छतावर कधीकधी बसवलेले सौर पॅनेल देखील रुंद आणि सपाट असतात. पृष्ठभाग जितका मोठा असेल तितके चांगले शोषण.

वनस्पतींसाठी आणखी काय महत्वाचे आहे?

माणसांप्रमाणेच, वनस्पतींनाही निरोगी राहण्यासाठी, वाढण्यासाठी आणि चांगली कामगिरी करण्यासाठी पोषक आणि पोषक तत्वांची आवश्यकता असते. त्यांना जमिनीतून पाण्यात विरघळलेली खनिजे मुळांद्वारे मिळतात. जर मातीमध्ये खनिज पोषक तत्वांचा अभाव असेल तर वनस्पती सामान्यपणे विकसित होणार नाही. पीक वाढीसाठी पुरेशी पोषक तत्वे असल्याची खात्री करण्यासाठी शेतकरी अनेकदा मातीची चाचणी करतात. अन्यथा वनस्पतींच्या पोषण आणि वाढीसाठी आवश्यक खनिजे असलेल्या खतांचा वापर करा.

प्रकाशसंश्लेषण इतके महत्त्वाचे का आहे?

लहान मुलांसाठी प्रकाशसंश्लेषणाचे थोडक्यात आणि स्पष्टपणे स्पष्टीकरण देताना, हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की ही प्रक्रिया जगातील सर्वात महत्वाची रासायनिक अभिक्रिया आहे. एवढ्या मोठ्या आवाजात विधान करण्याची कारणे काय? प्रथम, प्रकाशसंश्लेषण वनस्पतींना आहार देते, जे यामधून प्राणी आणि मानवांसह ग्रहावरील इतर सर्व सजीवांना आहार देते. दुसरे म्हणजे, प्रकाशसंश्लेषणाच्या परिणामी, श्वसनासाठी आवश्यक ऑक्सिजन वातावरणात सोडला जातो. सर्व सजीव ऑक्सिजनमध्ये श्वास घेतात आणि कार्बन डायऑक्साइड श्वास घेतात. सुदैवाने, झाडे उलट करतात, म्हणूनच मानव आणि प्राण्यांसाठी श्वास घेणे खूप महत्वाचे आहे.

आश्चर्यकारक प्रक्रिया

हे दिसून येते की वनस्पतींना श्वास कसा घ्यावा हे देखील माहित आहे, परंतु, मानव आणि प्राण्यांच्या विपरीत, ते हवेतून कार्बन डायऑक्साइड शोषून घेतात, ऑक्सिजन नाही. वनस्पती देखील पितात. म्हणूनच आपल्याला त्यांना पाणी देणे आवश्यक आहे, अन्यथा ते मरतील. मुळांच्या सहाय्याने, वनस्पतींच्या शरीराच्या सर्व भागांमध्ये पाणी आणि पोषक द्रव्ये पोहोचवली जातात आणि पानांमधील लहान छिद्रांद्वारे कार्बन डायऑक्साइड शोषला जातो. चालवण्यासाठी ट्रिगर रासायनिक प्रतिक्रियासूर्यप्रकाश आहे. सर्व परिणामी चयापचय उत्पादने पौष्टिकतेसाठी वनस्पतींद्वारे वापरली जातात, ऑक्सिजन वातावरणात सोडला जातो. प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रिया कशी होते हे तुम्ही थोडक्यात आणि स्पष्टपणे सांगू शकता.

प्रकाशसंश्लेषण: प्रकाशसंश्लेषणाचे प्रकाश आणि गडद टप्पे

विचाराधीन प्रक्रियेत दोन मुख्य भाग आहेत. प्रकाशसंश्लेषणाचे दोन टप्पे आहेत (वर्णन आणि तक्ता - खाली). पहिल्याला प्रकाश टप्पा म्हणतात. हे केवळ क्लोरोफिल, इलेक्ट्रॉन वाहक प्रथिने आणि एटीपी सिंथेटेस एंजाइमच्या सहभागासह थायलकोइड झिल्लीमध्ये प्रकाशाच्या उपस्थितीत उद्भवते. प्रकाशसंश्लेषण आणखी काय लपवते? दिवस आणि रात्र चालू असताना एकमेकांना प्रकाश द्या आणि बदला (कॅल्विन सायकल). गडद टप्प्यात, त्याच ग्लुकोजचे उत्पादन, वनस्पतींसाठी अन्न, उद्भवते. या प्रक्रियेला प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रिया असेही म्हणतात.

निष्कर्ष

वरील सर्व गोष्टींवरून, खालील निष्कर्ष काढले जाऊ शकतात:

• प्रकाशसंश्लेषण ही अशी प्रक्रिया आहे जी सूर्यापासून ऊर्जा मिळवणे शक्य करते.
• क्लोरोफिलद्वारे सूर्याच्या प्रकाश ऊर्जेचे रासायनिक ऊर्जेत रूपांतर होते.
• क्लोरोफिल वनस्पतींना त्यांचा हिरवा रंग देतो.
• प्रकाशसंश्लेषण वनस्पतीच्या पानांच्या क्लोरोप्लास्टमध्ये होते.
• प्रकाश संश्लेषणासाठी कार्बन डायऑक्साइड आणि पाणी आवश्यक आहे.
• कार्बन डाय ऑक्साईड लहान छिद्रातून, रंध्रातून वनस्पतीमध्ये प्रवेश करतो आणि त्यामधून ऑक्सिजन बाहेर पडतो.
• पाणी त्याच्या मुळांद्वारे वनस्पतीमध्ये शोषले जाते.
• प्रकाशसंश्लेषणाशिवाय जगात अन्न मिळणार नाही.

प्रकाश उर्जेसह किंवा त्याशिवाय. हे वनस्पतींचे वैशिष्ट्य आहे. प्रकाशसंश्लेषणाचे गडद आणि हलके टप्पे काय आहेत याचा आपण पुढे विचार करू.

सामान्य माहिती

उच्च वनस्पतींमध्ये प्रकाशसंश्लेषणाचा अवयव म्हणजे पाने. क्लोरोप्लास्ट ऑर्गेनेल्स म्हणून कार्य करतात. त्यांच्या थायलाकोइड्सच्या पडद्यामध्ये प्रकाशसंश्लेषक रंगद्रव्ये असतात. ते कॅरोटीनोइड्स आणि क्लोरोफिल आहेत. नंतरचे अनेक स्वरूपात अस्तित्वात आहे (a, c, b, d). मुख्य म्हणजे a-क्लोरोफिल. त्याच्या रेणूमध्ये मध्यभागी स्थित मॅग्नेशियम अणूसह पोर्फिरिन "हेड" तसेच फायटोल "शेपटी" असते. पहिला घटक सपाट रचना म्हणून सादर केला जातो. "डोके" हायड्रोफिलिक आहे, म्हणून ते जलीय वातावरणाकडे निर्देशित केलेल्या पडद्याच्या त्या भागावर स्थित आहे. फायटोल "शेपटी" हायड्रोफोबिक आहे. यामुळे, ते क्लोरोफिल रेणू पडद्यामध्ये ठेवते. क्लोरोफिल निळा-व्हायोलेट आणि लाल प्रकाश शोषून घेतो. ते हिरवे देखील प्रतिबिंबित करतात, वनस्पतींना त्यांचे वैशिष्ट्यपूर्ण रंग देतात. थायलॅक्टिक झिल्लीमध्ये, क्लोरोफिल रेणू फोटोसिस्टममध्ये आयोजित केले जातात. निळ्या-हिरव्या एकपेशीय वनस्पती आणि वनस्पती 1 आणि 2 द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. प्रकाशसंश्लेषक जीवाणूंमध्ये फक्त पहिले असते. दुसरी प्रणाली H 2 O विघटित करू शकते आणि ऑक्सिजन सोडू शकते.

प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा

वनस्पतींमध्ये होणार्‍या प्रक्रिया जटिल आणि बहु-स्तरीय असतात. विशेषतः, प्रतिक्रियांचे दोन गट वेगळे केले जातात. ते प्रकाशसंश्लेषणाचे गडद आणि हलके टप्पे आहेत. नंतरचे एटीपी एंझाइम, इलेक्ट्रॉन वाहतूक प्रथिने आणि क्लोरोफिलच्या सहभागासह पुढे जाते. प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा थायलॅक्टॉइड्सच्या पडद्यामध्ये होतो. क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात आणि रेणू सोडतात. त्यानंतर, ते थायलॅक्टिक झिल्लीच्या बाह्य पृष्ठभागावर पडतात. तिच्यावर, यामधून, नकारात्मक शुल्क आकारले जाते. ऑक्सिडेशननंतर, क्लोरोफिल रेणूंचे पुनर्संचयित करणे सुरू होते. ते इंट्रालाकॉइड स्पेसमध्ये असलेल्या पाण्यापासून इलेक्ट्रॉन घेतात. अशा प्रकारे, प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा क्षय (फोटोलिसिस) दरम्यान पडद्यामध्ये पुढे जातो: H 2 O + Q प्रकाश → H + + OH -

हायड्रोक्सिल आयन त्यांचे इलेक्ट्रॉन दान करून प्रतिक्रियाशील रॅडिकल्समध्ये रूपांतरित होतात:

OH - → .OH + e -

ओएच रॅडिकल्स मुक्त ऑक्सिजन आणि पाणी एकत्र करतात आणि तयार करतात:

४ नाही. → 2H 2 O + O 2.

या प्रकरणात, ऑक्सिजन आसपासच्या (बाह्य) माध्यमात काढून टाकला जातो आणि प्रोटॉन एका विशेष "जलाशयात" थायलॅक्टॉइडच्या आत जमा होतात. परिणामी, जिथे प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा पुढे जातो, तिथे एकीकडे थायलॅक्टिक झिल्लीला H+ मुळे सकारात्मक शुल्क प्राप्त होते. त्याच वेळी, इलेक्ट्रॉन्समुळे, ते नकारात्मक चार्ज होते.

एडीपीचे फॉस्फिरिलेशन

जेथे प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा पुढे जातो, तेथे पडद्याच्या आतील आणि बाह्य पृष्ठभागामध्ये संभाव्य फरक असतो. जेव्हा ते 200 mV पर्यंत पोहोचते, तेव्हा प्रोटॉन ATP सिंथेटेसच्या वाहिन्यांद्वारे ढकलले जातात. अशाप्रकारे, प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा पडद्यामध्ये होतो जेव्हा ADP एटीपीला फॉस्फोरिलेट केले जाते. या प्रकरणात, अणू हायड्रोजन निकोटीनामाइड अॅडेनाइन डायन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट NADP+ च्या विशेष वाहक NADP.H2 मध्ये कमी करण्यासाठी निर्देशित केले जाते:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

अशा प्रकारे प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रकाश टप्प्यात पाण्याचे फोटोलिसिस समाविष्ट असते. हे, यामधून, तीन प्रमुख प्रतिक्रियांसह आहे:

1. एटीपीचे संश्लेषण.
2. शिक्षण NADP.H 2 .
3. ऑक्सिजनची निर्मिती.

प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा वातावरणात नंतरच्या प्रकाशासह असतो. NADP.H2 आणि ATP क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये जातात. यामुळे प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा पूर्ण होतो.

प्रतिक्रियांचा दुसरा गट

प्रकाशसंश्लेषणाच्या गडद टप्प्याला प्रकाश उर्जेची आवश्यकता नसते. ते क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये जाते. प्रतिक्रिया हवेतून येणार्‍या कार्बन डायऑक्साइडच्या अनुक्रमिक परिवर्तनांच्या साखळीच्या रूपात सादर केल्या जातात. परिणामी, ग्लुकोज आणि इतर सेंद्रिय पदार्थ तयार होतात. पहिली प्रतिक्रिया फिक्सेशन आहे. RiBF कार्बन डायऑक्साइड स्वीकारणारा म्हणून काम करतो. प्रतिक्रियेतील उत्प्रेरक रिब्युलोज बिस्फॉस्फेट कार्बोक्झिलेझ (एंझाइम) आहे. RiBP च्या कार्बोक्सिलेशनच्या परिणामी, एक सहा-कार्बन अस्थिर कंपाऊंड तयार होतो. हे जवळजवळ त्वरित FHA (फॉस्फोग्लिसरिक ऍसिड) च्या दोन रेणूंमध्ये मोडते. यानंतर प्रतिक्रियांचे एक चक्र येते, जिथे त्याचे अनेक मध्यवर्ती उत्पादनांद्वारे ग्लुकोजमध्ये रूपांतर होते. ते NADP.H 2 आणि ATP ची ऊर्जा वापरतात, ज्या प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा चालू असताना रूपांतरित झाल्या होत्या. या प्रतिक्रियांच्या चक्राला "कॅल्विन सायकल" म्हणतात. हे खालीलप्रमाणे दर्शविले जाऊ शकते:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

ग्लुकोज व्यतिरिक्त, सेंद्रिय (जटिल) संयुगेचे इतर मोनोमर्स प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान तयार होतात. यामध्ये, विशेषतः, फॅटी ऍसिडस्, ग्लिसरॉल, एमिनो ऍसिडस्, न्यूक्लियोटाइड्स समाविष्ट आहेत.

C3 प्रतिक्रिया

ते प्रकाशसंश्लेषणाचे एक प्रकार आहेत ज्यामध्ये प्रथम उत्पादन म्हणून तीन-कार्बन संयुगे तयार होतात. त्यानेच वर कॅल्विन सायकल असे वर्णन केले आहे. C3 प्रकाशसंश्लेषणाची वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्ये आहेत:

1. RiBP हा कार्बन डायऑक्साइड स्वीकारणारा आहे.
2. कार्बोक्झिलेशन प्रतिक्रिया RiBP carboxylase द्वारे उत्प्रेरित केली जाते.
3. एक सहा-कार्बन पदार्थ तयार होतो, जो नंतर 2 FHA मध्ये विघटित होतो.

फॉस्फोग्लिसरिक आम्ल टीएफ (ट्रायओज फॉस्फेट्स) पर्यंत कमी होते. त्यापैकी काही रिब्युलोज बायफॉस्फेटच्या पुनरुत्पादनासाठी पाठवले जातात आणि बाकीचे ग्लुकोजमध्ये रूपांतरित केले जातात.

C4 प्रतिक्रिया

प्रकाशसंश्लेषणाचा हा प्रकार प्रथम उत्पादन म्हणून चार-कार्बन संयुगे दिसण्याद्वारे दर्शविला जातो. 1965 मध्ये असे आढळून आले की काही वनस्पतींमध्ये C4 पदार्थ प्रथम दिसतात. उदाहरणार्थ, हे बाजरी, ज्वारी, ऊस, कॉर्नसाठी स्थापित केले गेले आहे. या संस्कृतींना C4 वनस्पती म्हणून ओळखले जाऊ लागले. पुढील वर्षी, 1966, स्लॅक आणि हॅच (ऑस्ट्रेलियन शास्त्रज्ञ) यांना आढळून आले की त्यांच्यात फोटोरेस्पीरेशनचा जवळजवळ पूर्णपणे अभाव आहे. असेही आढळून आले आहे की अशा C4 वनस्पती कार्बन डायऑक्साइड शोषण्यास अधिक कार्यक्षम आहेत. परिणामी, अशा संस्कृतींमध्ये कार्बन परिवर्तनाचा मार्ग हॅच-स्लॅक मार्ग म्हणून ओळखला जातो.

निष्कर्ष

प्रकाशसंश्लेषणाचे महत्त्व खूप मोठे आहे. त्याला धन्यवाद, कार्बन डाय ऑक्साईड दरवर्षी वातावरणातून प्रचंड प्रमाणात (कोट्यवधी टन) शोषले जाते. त्याऐवजी, कमी ऑक्सिजन सोडला जातो. प्रकाशसंश्लेषण हे सेंद्रिय संयुगांच्या निर्मितीचे मुख्य स्त्रोत म्हणून कार्य करते. ओझोन थराच्या निर्मितीमध्ये ऑक्सिजनचा सहभाग असतो, जो लहान-लहरी अतिनील विकिरणांच्या प्रभावापासून सजीवांचे संरक्षण करतो. प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान, पानावर पडणाऱ्या प्रकाशाच्या उर्जेपैकी फक्त 1% ऊर्जा शोषून घेते. त्याची उत्पादकता प्रति 1 चौरस मीटर 1 ग्रॅम सेंद्रिय संयुगाच्या आत आहे. मीटर पृष्ठभाग प्रति तास.