चक्रीय और अचक्रीय फोटो-फास्फोरिलीकरण

चक्रीय और अचक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण, दोनों ही प्रकाश-आधारित प्रक्रियाएं हैं जिनमें प्रकाश की मदद से एटीपी का निर्माण होता है। ओटो कैंडलर ने 1950 में इन विवो में फोटोफॉस्फोराइलेशन के लिए पहला प्रायोगिक साक्ष्य प्रकाशित किया, जिसमें बरकरार क्लोरेला कोशिकाओं का उपयोग किया गया और अपने निष्कर्षों को प्रकाश-निर्भर एटीपी उत्पादन के रूप में व्याख्यायित किया गया। P32 के उपयोग से, डैनियल आई. अर्नन ने 1954 में इन विट्रो में पृथक क्लोरोप्लास्ट में फोटोफॉस्फोराइलेशन की पहचान की। 1956 में, उन्होंने प्रारंभिक फोटोफॉस्फोराइलेशन अध्ययनों की अपनी पहली समीक्षा जारी की।

फोटोफॉस्फोराइलेशन वह प्रक्रिया है जिसमें प्रकाश संश्लेषण से प्रकाश ऊर्जा का उपयोग एडेनोसिन डिफॉस्फेट (ADP) को एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) में बदलने के लिए किया जाता है। यह वह प्रक्रिया है जिसमें सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति के दौरान फॉस्फेट समूह को ADP अणु में स्थानांतरित करके ऊर्जा-समृद्ध ATP अणुओं को संश्लेषित किया जाता है।इन दोनों में अंतर ये हैं:

प्रतिक्रिया केंद्र

चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में P700 को सक्रिय प्रतिक्रिया केंद्र माना जाता है, जबकि गैर-चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में P680 को सक्रिय प्रतिक्रिया केंद्र माना जाता है।

फोटोसिस्टम I (PS I)

फोटोसिस्टम I (PS I) पौधों, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण घटक है। फोटोसिस्टम I (PS I) क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्लियों में स्थित एक प्रोटीन-वर्णक परिसर है। यह प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। संक्षेप में, फोटोसिस्टम I (PS I) प्रकाश संश्लेषक तंत्र का एक महत्वपूर्ण घटक है, जो प्रकाश ऊर्जा को कैप्चर करने और NADPH के उत्पादन के माध्यम से इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है। फोटोसिस्टम II के साथ इसकी बातचीत और प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं में इसकी भूमिका प्रकाश संश्लेषण की समग्र प्रक्रिया में इसके महत्व को उजागर करती है, जो ऊर्जा और ऑक्सीजन प्रदान करके पृथ्वी पर जीवन को बनाए रखती है।

संरचना

• PS I में क्लोरोफिल ए अणु, विभिन्न वर्णक (क्लोरोफिल बी और कैरोटीनॉयड सहित) और प्रोटीन युक्त एक कोर कॉम्प्लेक्स होता है।
• कोर कॉम्प्लेक्स एक प्रकाश-संग्रहण परिसर (LHC) से घिरा होता है जो अतिरिक्त वर्णकों से बना होता है जो प्रकाश ऊर्जा को पकड़ने में मदद करते हैं।
• PS I में मुख्य वर्णक P700 है, जिसका नाम इसकी अधिकतम अवशोषण तरंगदैर्ध्य 700 एनएम के लिए रखा गया है।

कार्य

• PS I प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है, जो क्लोरोफिल अणुओं में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है।
• ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों को प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता में स्थानांतरित किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शुरू करता है।
• PS I मुख्य रूप से NADPH के उत्पादन में योगदान देता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड से ग्लूकोज को संश्लेषित करने के लिए कैल्विन चक्र (प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं) में उपयोग किया जाने वाला एक प्रमुख इलेक्ट्रॉन वाहक है।

फ़ोटोसिस्टम II (PSII), प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में पहली कड़ी है। यह एक झिल्ली प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो पौधों, शैवाल, और साइनोबैक्टीरिया की थायलाकोइड झिल्ली में पाया जाता है। यह ऑक्सीजनिक प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं में पहला प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है। फोटोसिस्टम II (PS II) प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण घटक है, जो मुख्य रूप से पौधों, शैवाल और साइनोबैक्टीरिया में प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के प्रारंभिक चरणों के लिए जिम्मेदार है।

फोटोसिस्टम II (PS II)

फोटोसिस्टम II (PS II) क्लोरोप्लास्ट के थायलाकोइड झिल्लियों में स्थित प्रोटीन और पिगमेंट का एक कॉम्प्लेक्स है। यह प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश ऊर्जा को कैप्चर करने और इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

संरचना

• PS II में एक कोर कॉम्प्लेक्स होता है जिसमें क्लोरोफिल ए, क्लोरोफिल बी और कैरोटीनॉयड जैसे विभिन्न सहायक पिगमेंट शामिल होते हैं।
• PS II में प्राथमिक पिगमेंट P680 है, जिसका नाम 680 एनएम की इसकी अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य के लिए रखा गया है।
• कोर कॉम्प्लेक्स के चारों ओर लाइट-हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स (LHC) होता है, जो अतिरिक्त प्रकाश ऊर्जा को कैप्चर करने में मदद करता है।

कार्य

• PS II प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है, जो क्लोरोफिल अणुओं में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है।
• ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों को प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शुरू होती है।
• इस प्रक्रिया से पानी के अणुओं का विभाजन होता है (फोटोलिसिस), जो एक उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन जारी करता है और P680 को प्रतिस्थापन इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है।

प्रकाश अवशोषण

• PS II स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र (लगभग 680 एनएम) में प्रकाश को अवशोषित करने में सबसे प्रभावी है और प्रकाश संश्लेषण की समग्र प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• PS II द्वारा अवशोषित ऊर्जा का उपयोग पौधे में दो मुख्य ऊर्जा वाहक ATP और NADPH उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

• P680 से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन फोटोसिस्टम I (PS I) तक पहुँचने से पहले प्लास्टोक्विनोन (PQ), साइटोक्रोम b6f और प्लास्टोसायनिन सहित प्रोटीन की एक श्रृंखला से गुजरते हैं।
• जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं, वे ऊर्जा छोड़ते हैं, जिसका उपयोग प्रोटॉन (H⁺ आयन) को थायलाकोइड लुमेन में पंप करने के लिए किया जाता है, जिससे प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनता है।

प्रकाश संश्लेषण में भूमिका

PS II प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए PS I के साथ मिलकर काम करता है।

जबकि PS I मुख्य रूप से NADP+ को NADPH में कम करने पर ध्यान केंद्रित करता है, PS II ATP उत्पन्न करने और पानी के विभाजन के माध्यम से आवश्यक इलेक्ट्रॉन प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है।

फोटोसिस्टम II का महत्व

ऑक्सीजन उत्पादन

PS II की सबसे महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक पानी का फोटोलिसिस है, जो एक उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन का उत्पादन करता है। यह प्रक्रिया वायुमंडलीय ऑक्सीजन के स्तर को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

ऊर्जा रूपांतरण

PS II प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए महत्वपूर्ण है, जो पौधे के चयापचय और विकास के लिए आवश्यक है।

एटीपी उत्पादन

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला द्वारा उत्पन्न प्रोटॉन ग्रेडिएंट एटीपी सिंथेस के माध्यम से एटीपी संश्लेषण को संचालित करता है, जो विभिन्न सेलुलर प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करता है।

इलेक्ट्रॉन का प्रवाह

चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में इलेक्ट्रॉन चक्रीय तरीके से गुज़रते हैं, जबकि गैर-चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में इलेक्ट्रॉन गैर-चक्रीय तरीके से गुज़रते हैं।

एनएडीपीएच का उत्पादन

चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में एनएडीपीएच का उत्पादन नहीं होता, जबकि गैर-चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में एनएडीपीएच का उत्पादन होता है।

पानी की आवश्यकता

चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में पानी की ज़रूरत नहीं होती, जबकि गैर-चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में पानी की ज़रूरत होती है।

ऑक्सीजन का उत्पादन

• गैर-चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण में ऑक्सीजन का उत्पादन होता है।
• फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलीकरण, प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पादित प्रकाश ऊर्जा का इस्तेमाल करके ADP को ATP में बदलने की प्रक्रिया है।

अभ्यास प्रश्न

• फोटोसिस्टम II (PS II) क्या है, और यह पादप कोशिकाओं में कहाँ स्थित है?
• PS I के मुख्य घटकों और प्रकाश संश्लेषण में उनकी भूमिकाओं का वर्णन करें।
• फोटोसिस्टम II में प्राथमिक वर्णक क्या है, और इसका अधिकतम अवशोषण तरंगदैर्घ्य क्या है?
• कार्य और संरचना के संदर्भ में PS II फोटोसिस्टम I (PS I) से किस प्रकार भिन्न है?
• PS II में फोटोलिसिस की प्रक्रिया क्या है, और यह क्यों महत्वपूर्ण है?
• PS II प्रकाश ऊर्जा को कैसे कैप्चर करता है, और उत्तेजित होने के बाद इलेक्ट्रॉनों का क्या होता है?
• PS II में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की भूमिका की व्याख्या करें।
• PS II को शामिल करने वाली प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के अंतिम उत्पाद क्या हैं?
• PS II से जुड़ी इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला ATP संश्लेषण में किस प्रकार योगदान देती है?
• फोटोसिस्टम II द्वारा प्रकाश की कौन सी तरंगदैर्घ्य सबसे प्रभावी रूप से अवशोषित की जाती है?