अप्रकाशीय अभिक्रिया (कार्बन अभिक्रिया)

अप्रकाशीय अभिक्रिया (कार्बन अभिक्रिया), जिसे कैल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है, प्रकाश संश्लेषण का दूसरा चरण है जो क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है। प्रकाश अभिक्रियाओं के विपरीत, उन्हें सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है; इसके बजाय, वे कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) को ग्लूकोज और अन्य कार्बनिक यौगिकों में बदलने के लिए प्रकाश अभिक्रियाओं के दौरान उत्पादित एटीपी और एनएडीपीएच का उपयोग करते हैं।

"अप्रकाशीय अभिक्रिया प्रकाश संश्लेषण में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं की श्रृंखला को संदर्भित करता है जो प्रकाश अभिक्रियाओं में उत्पन्न ऊर्जा-समृद्ध अणुओं (एटीपी और एनएडीपीएच) का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करता है।"

अप्रकाशीय अभिक्रिया की साइट

अप्रकाशीय अभिक्रिया क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होते हैं, थायलाकोइड्स के आसपास का द्रव से भरा स्थान।

मुख्य घटक

• एंजाइम: कैल्विन चक्र में विभिन्न एंजाइम शामिल होते हैं, जिनमें सबसे महत्वपूर्ण राइबुलोज बिसफ़ॉस्फ़ेट कार्बोक्सिलेज/ऑक्सीजनेज (RuBisCO) है।
• सब्सट्रेट: कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), राइबुलोज बिसफ़ॉस्फ़ेट (RuBP), ATP और NADPH।

कैल्विन चक्र के चरण: कैल्विन चक्र में तीन मुख्य चरण होते हैं:

कार्बन फिक्सेशन

• CO₂ को राइबुलोज बिसफ़ॉस्फ़ेट (RuBP), एक 5-कार्बन शर्करा के साथ मिलाकर 6-कार्बन यौगिक बनाने के लिए स्थिर किया जाता है। यह अभिक्रिया एंजाइम RuBisCO द्वारा उत्प्रेरित होती है।
• 6-कार्बन यौगिक अस्थिर होता है और तुरंत 3-फॉस्फोग्लिसरेट (3-PGA), एक 3-कार्बन यौगिक के दो अणुओं में विभाजित हो जाता है।

CO2 + RuBP → 3−PGA

अपचयन चरण

3-PGA अणुओं को ATP द्वारा फॉस्फोराइलेट किया जाता है और फिर NADPH द्वारा अपचयित करके ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (G3P) बनाया जाता है, जो एक 3-कार्बन शर्करा है।

ATP फॉस्फेट समूह प्रदान करता है, और NADPH अपचयन के लिए इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है।

3−PGA + ATP + NADPH → G3P + ADP + NADP⁺ +Pi​

RuBP का पुनर्जनन

G3P के कुछ अणु ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट बनाते हैं, जबकि बाकी का उपयोग RuBP को पुनर्जीवित करने के लिए किया जाता है, जिससे चक्र जारी रहता है।

इस प्रक्रिया के लिए ATP की आवश्यकता होती है और G3P को वापस RuBP में बदल देता है।

${\ce {5G3P->[3ATP] 3RuBP}}$

कैल्विन चक्र के उत्पाद

• ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (G3P): एक 3-कार्बन शर्करा जिसका उपयोग ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट बनाने के लिए किया जा सकता है।
• रिबुलोज बिसफॉस्फेट (RuBP): चक्र को जारी रखने के लिए पुनर्जीवित किया जाता है।
• ATP और NADP⁺: इन्हें प्रकाश अभिक्रियाओं में वापस रीसाइकिल किया जाता है।

अप्रकाशीयअभिक्रियाओं का महत्व

कार्बन फिक्सेशन: अप्रकाशीय अभिक्रियाएं अकार्बनिक कार्बन (CO₂) को कार्बनिक रूपों में परिवर्तित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं जिनका उपयोग पौधों और अन्य जीवों द्वारा विकास और ऊर्जा के लिए किया जा सकता है।

ग्लूकोज उत्पादन: उत्पादित G3P को आगे ग्लूकोज, स्टार्च और अन्य कार्बोहाइड्रेट में परिवर्तित किया जा सकता है, जो पौधों के लिए ऊर्जा भंडारण और संरचनात्मक घटकों के रूप में काम करते हैं।

बायोमास निर्माण: अप्रकाशीय अभिक्रिया पौधों में समग्र बायोमास उत्पादन में योगदान करते हैं, जो खाद्य श्रृंखलाओं और पारिस्थितिकी तंत्रों के लिए आवश्यक है।

अप्रकाशीय अभिक्रिया को प्रभावित करने वाली स्थितियाँ:

• प्रकाश की तीव्रता: हालाँकि अभिक्रियाओं के लिए प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है, वे प्रकाश अभिक्रियाओं से ATP और NADPH पर निर्भर करते हैं। इस प्रकार, वे अप्रत्यक्ष रूप से प्रकाश की तीव्रता से प्रभावित होते हैं।
• CO₂ सांद्रता: CO₂ की उच्च सांद्रता कार्बन फिक्सेशन की दर को बढ़ा सकती है।
• तापमान: कैल्विन चक्र की एंजाइमेटिक अभिक्रियाएँ तापमान के प्रति संवेदनशील होती हैं, जिसमें मध्यम तापमान पर इष्टतम गतिविधि होती है।

अप्रकाशीय अभिक्रिया से संबंधित प्रश्न

• अप्रकाशीय अभिक्रिया क्या हैं, और वे क्लोरोप्लास्ट में कहाँ होते हैं?
• कैल्विन चक्र में RuBisCO की भूमिका का वर्णन करें।
• केल्विन चक्र के तीन मुख्य चरण क्या हैं? प्रत्येक को संक्षेप में समझाएँ।
• एटीपी और एनएडीपीएच का उपयोग अंधेरे अभिक्रियाओं में कैसे किया जाता है?
• केल्विन चक्र में G3P का क्या महत्व है?
• CO₂ सांद्रता और तापमान जैसे पर्यावरणीय कारक केल्विन चक्र को कैसे प्रभावित करते हैं?