हैच और स्लैक पाथवे

हैच-स्लैक मार्ग, या C4 चक्र, प्रकाश संश्लेषण की एक प्रक्रिया है जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड को ठीक किया जाता है। यह मार्ग, C3 चक्र का विकल्प है और C4 पौधों में होता है। इस मार्ग की खोज ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों एमडी हैच और सीआर स्लैक ने की थी। हैच और स्लैक मार्ग, जिसे C4 मार्ग के रूप में भी जाना जाता है, एक कार्बन फिक्सेशन तंत्र है जिसका उपयोग कुछ पौधों द्वारा प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) को कुशलतापूर्वक पकड़ने और उपयोग करने के लिए किया जाता है। इसका नाम वैज्ञानिकों एम.डी. हैच और सी.आर. स्लैक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने इसकी खोज की थी। यह मार्ग प्रकाश श्वसन को कम करने के लिए एक अनुकूलन है, खासकर उन पौधों में जो गर्म और शुष्क जलवायु में उगते हैं।

• इस मार्ग में कार्बन डाइऑक्साइड को सबसे पहले एंजाइम पीईपी कार्बोक्साइलेज की क्रिया से फॉस्फोइनोलपाइरूवेट में जोड़ा जाता है।
• इस प्रक्रिया में बनने वाला पहला स्थिर यौगिक ऑक्सालोएसिटिक एसिड है, जो चार-कार्बन यौगिक है।
• इस मार्ग में पर्ण मध्योत्तकी कोशिकाओं में C4 चक्र और पूलाच्छद कोशिकाओं में C3 चक्र की अभिक्रियाएं होती हैं।
• C4 पौधों में क्रांज़ शारीरिक रचना होती है।
• इस मार्ग को β-कार्बोक्सिलेशन मार्ग और सहकारी प्रकाश संश्लेषण के नाम से भी जाना जाता है।
• यह मार्ग मक्का, गन्ना, ऐमारैंथस और ज्वार जैसे कई घासों में पाया जाता है।

C4 मार्ग की मुख्य विशेषताएँ

C4 पौधों में पाया जाता है:

• गन्ने, मक्का, ज्वार और बाजरा जैसे पौधों में पाया जाता है।
• इन पौधों में एक विशेष पत्ती की शारीरिक रचना होती है जिसे क्रांज़ एनाटॉमी कहा जाता है।

इसमें शामिल दो कोशिका प्रकार

• मीसोफिल कोशिकाएँ: CO₂ का प्रारंभिक निर्धारण।
• बंडल शीथ कोशिकाएँ: कैल्विन चक्र के अंतिम चरण।

इसमें शामिल एंजाइम

• मीसोफिल कोशिकाओं में CO₂ के निर्धारण में एंजाइम PEP कार्बोक्सिलेज एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• RUBISCO बंडल शीथ कोशिकाओं में कैल्विन चक्र में शामिल है।

हैच और स्लैक मार्ग के चरण

मीसोफिल कोशिकाओं में CO₂ निर्धारण

• CO₂ एंजाइम PEP कार्बोक्सिलेज की उपस्थिति में 3-कार्बन यौगिक फॉस्फोइनोलपाइरूवेट (PEP) के साथ मिलकर ऑक्सालोसेटेट (OAA) बनाता है।
• OAA को फिर 4-कार्बन यौगिक में परिवर्तित किया जाता है, या तो मैलेट या एस्पार्टेट।

बंडल शीथ कोशिकाओं में परिवहन

4-कार्बन यौगिक (मैलेट/एस्पार्टेट) को बंडल शीथ कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जहाँ इसे CO₂ मुक्त करने के लिए डीकार्बोक्सिलेट किया जाता है।

C4 मार्ग के लाभ:

C4 मार्ग, प्रकाश संश्लेषण का एक चरण है, जिसे हैच और स्लैक मार्ग के नाम से भी जाना जाता है। यह पौधों में प्रकाश श्वसन के प्रभाव को कम करने का एक तरीका है।

• C4 मार्ग, C3 पौधों की तुलना में पौधों की प्रकाश संश्लेषक उपज को 2 से 3 गुना बढ़ा देता है।
• C4 पौधे, उच्च तापमान और तीव्रता वाले क्षेत्रों में जीवित रह सकते हैं।
• C4 पौधे, लवणीय मिट्टी में आसानी से उग सकते हैं।
• C4 मार्ग, मुख्य रूप से उष्णकटिबंधीय क्षेत्र के पौधों में पाया जाता है।
• C4 पौधों में, कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने के लिए C4 मार्ग का इस्तेमाल होता है।
• C4 पौधों में, CO2 फिक्सेशन के पहले उत्पाद ऑक्सालोएसीटेट होता है।
• C4 पौधों में, एक विशेष प्रकार की पत्ती की शारीरिकी होती है जिसे 'क्रैंज शारीरिकी' कहा जाता है।
• C4 पौधों के कुछ उदाहरणः मक्का, गन्ना, ज्वार, अनानस, सोयाबीन।

C4 मार्ग (जिसे C4 प्रकाश संश्लेषक मार्ग के रूप में भी जाना जाता है) कुछ पौधों में पाया जाने वाला प्रकाश संश्लेषण का एक प्रकार है जो उच्च तापमान और सीमित पानी वाले वातावरण के अनुकूल हो गए हैं, जैसे कि उष्णकटिबंधीय घास और मक्का (मकई) और गन्ना जैसी फसलें। यह मार्ग इन पौधों को कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) को कुशलतापूर्वक ठीक करने और प्रकाश श्वसन को कम करने में मदद करता है, जो तब होता है जब ऑक्सीजन (O₂) कैल्विन चक्र में CO₂ के साथ प्रतिस्पर्धा करता है।

C4 मार्ग कैल्विन चक्र का एक संशोधन है और इसका उपयोग कुछ पौधों द्वारा कैल्विन चक्र में प्रवेश करने से पहले मेसोफिल कोशिकाओं में CO₂ को केंद्रित करने के लिए किया जाता है।

यह अनुकूलन पौधों को गर्म, शुष्क जलवायु में प्रभावी रूप से प्रकाश संश्लेषण करने में मदद करता है जहाँ प्रकाश श्वसन सामान्य रूप से प्रकाश संश्लेषण की दक्षता को कम कर देता है।

C4 प्रकाश संश्लेषण के चरण: C4 मार्ग में दो मुख्य प्रकार की कोशिकाएँ शामिल होती हैं: मेसोफिल कोशिकाएँ और बंडल-शीथ कोशिकाएँ। ये कोशिकाएँ मिलकर CO₂ को एंजाइम RuBisCO के पास केंद्रित करती हैं, जो कैल्विन चक्र में कार्बन को स्थिर करने के लिए जिम्मेदार है।

चरण 1 (मीसोफिल कोशिकाओं में कार्बन स्थिरीकरण)

• मीसोफिल कोशिकाओं में, फॉस्फोइनोलपाइरुवेट (PEP), एक 3-कार्बन यौगिक, CO₂ के साथ प्रतिक्रिया करके 4-कार्बन यौगिक, ऑक्सालोसेटेट बनाता है।
• PEP कार्बोक्सिलेज इस प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार एंजाइम है, और इसमें RuBisCO की तुलना में CO₂ के लिए बहुत अधिक आकर्षण है। यह CO₂ को फोटोरेस्पिरेशन में जाने से रोकता है।
• ऑक्सालोसेटेट को फिर मैलेट या एस्पार्टेट में बदल दिया जाता है, जो दोनों 4-कार्बन यौगिक हैं।

चरण 2 (बंडल-शीथ कोशिकाओं में परिवहन)

• मैलेट या एस्पार्टेट को मीसोफिल कोशिकाओं से बंडल-शीथ कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जो पत्ती के संवहनी बंडलों के आसपास स्थित होते हैं।
• बंडल-शीथ कोशिकाओं में, 4-कार्बन यौगिक CO₂ और 3-कार्बन यौगिक (जैसे पाइरूवेट) में टूट जाता है।

चरण 3 (बंडल-शीथ कोशिकाओं में कैल्विन चक्र)

बंडल-शीथ कोशिकाओं में जारी CO₂ अब केंद्रित है और कैल्विन चक्र में RuBisCO द्वारा स्थिरीकरण के लिए उपलब्ध है।

कैल्विन चक्र हमेशा की तरह आगे बढ़ता है, CO₂ को शर्करा (जैसे ग्लूकोज) बनाने के लिए स्थिर करता है, लेकिन क्योंकि CO₂ बंडल-शीथ कोशिकाओं में केंद्रित है, इसलिए प्रकाश श्वसन कम से कम होता है।

चरण 4 (PEP का पुनर्जनन)

3-कार्बन यौगिक (जैसे पाइरूवेट) को वापस मेसोफिल कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जहाँ इसे ATP से ऊर्जा का उपयोग करके PEP (फॉस्फोएनोलपाइरूवेट) में परिवर्तित किया जाता है, जो चक्र को फिर से शुरू करने के लिए तैयार होता है।

C4 मार्ग के लाभ

गर्म जलवायु में उच्च दक्षता: C4 मार्ग पौधों को कम वायुमंडलीय CO2 सांद्रता वाले उच्च तापमान वाले वातावरण में कुशलतापूर्वक प्रकाश संश्लेषण करने में सक्षम बनाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह प्रकाश श्वसन के प्रभावों को कम करता है, जो उच्च तापमान पर अधिक होता है।

जल संरक्षण: C4 पौधे C3 पौधों की तुलना में कम अवधि के लिए अपने रंध्र खोल सकते हैं, इस प्रकार पानी की बचत होती है। यह शुष्क वातावरण में एक लाभ है, क्योंकि रंध्र खुले होने पर जल वाष्प छोड़ते हैं।

बढ़ाया CO₂ निर्धारण: C4 मार्ग पौधों को RuBisCO क्रिया (बंडल-शीथ कोशिकाओं में) के स्थान पर CO2 की उच्च सांद्रता बनाए रखने में मदद करता है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ती है और प्रकाश श्वसन के रूप में ऊर्जा की बर्बादी कम होती है।

C4 मार्ग का उपयोग करने वाले पौधे

C4 पौधों के उदाहरणों में शामिल हैं:

• फसलें: मक्का (मकई), गन्ना, ज्वार, बाजरा
• घास: बरमूडा घास, भैंस घास, और कुछ प्रकार की उष्णकटिबंधीय घास
• ये पौधे गर्म, धूप वाले वातावरण और शुष्क परिस्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।

C4 बनाम C3 प्रकाश संश्लेषण

C3 प्रकाश संश्लेषण: अधिकांश पौधों में विशिष्ट प्रकाश संश्लेषण मार्ग, जहाँ RuBisCO सीधे CO₂ को 3-कार्बन यौगिक (3-फॉस्फोग्लिसरेट) में स्थिर करता है। C3 पौधों में, प्रकाश श्वसन अधिक आम है, विशेष रूप से उच्च तापमान पर।

C4 प्रकाश संश्लेषण: इसके विपरीत, C4 पौधे पहले CO₂ को 4-कार्बन यौगिक में स्थिर करते हैं, जो प्रकाश श्वसन के माध्यम से CO₂ के नुकसान को कम करने में मदद करता है।

अभ्यास प्रश्न

• C4 प्रकाश संश्लेषण मार्ग में शामिल चरणों और गर्म जलवायु में इसके लाभों की व्याख्या करें।
• प्रकाश संश्लेषण के C3 और C4 मार्गों की तुलना करें।
• C4 मार्ग प्रकाश श्वसन को कैसे कम करता है?
• गर्म, शुष्क वातावरण में C4 पौधों को C3 पौधों पर प्रतिस्पर्धात्मक लाभ क्यों होता है?
• C3 और C4 पौधों के बीच कोशिकीय संरचना में मुख्य अंतर क्या हैं जो उनकी प्रकाश संश्लेषण दक्षता में योगदान करते हैं?
• C4 मार्ग का उपयोग करने वाले कुछ पौधों के उदाहरण सूचीबद्ध करें और उनके पर्यावरण के प्रति उनके अनुकूलन की व्याख्या करें।