थाइलेकोइड

थाइलेकोइड प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-रासायनिक या प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं का स्थल है। थाइलेकोइड झिल्ली में उपस्थित क्लोरोफिल सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करता है और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं के माध्यम से प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रिया में एटीपी और एनएडीपीएच के निर्माण में सम्मिलित होता है। इस प्रकार, प्रकाश ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

यह जल के ऑक्सीकरण या जल के फोटोलिसिस में भी सम्मिलित होता है जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन निकलती है।

थाइलेकोइड क्लोरोप्लास्ट में उपस्थित झिल्लीदार थैली हैं। क्लोरोफिल थाइलेकोइड झिल्ली में उपस्थित होता है। एकाधिक थाइलेकोइड एक साथ जुड़कर डिस्क का एक ढेर बनाते हैं जिसे ग्रैना के नाम से जाना जाता है।

थाइलेकोइड क्या हैं?

थाइलेकोइड पत्तियों और साइनोबैक्टीरिया में हरे ऊतकों के क्लोरोप्लास्ट के महत्वपूर्ण भाग हैं जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से अपना भोजन स्वयं बनाते हैं। वे क्लोरोफिल युक्त झिल्लियों से घिरी हुई चादर जैसी संरचनाएँ हैं। ये प्रमुख स्थान हैं जहां सूर्य की रोशनी की ऊर्जा फंसी हुई है।

'थाइलेकोइड' शब्द ग्रीक शब्द 'थायलाकोस' से लिया गया है। इसका मतलब थैली या थैला होता है. इस शब्द में जोड़े गए अंतिम 'ओइड' का अर्थ है 'थैली या थैली जैसा'। यह वह स्थान है जहां प्रकाश संश्लेषण के लिए फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं होती हैं। इसे लैमेला के नाम से भी जाना जाता है। यह शब्द थाइलेकोइड के उस हिस्से को भी संदर्भित कर सकता है जो ग्रैना से जुड़ता है।

थाइलेकोइड की संरचना

जैसा कि हम सभी जानते हैं, थाइलेकोइड क्लोरोप्लास्ट के अंदर साइटोप्लाज्मिक सामग्री या स्थान में डूबे रहते हैं। इस स्थान को स्ट्रोमा कहा जाता है। इसमें इस कोशिका अंग की डीएनए सामग्री के साथ-साथ एंजाइम, राइबोसोम भी सम्मिलित हैं। थाइलेकोइड संरचना में एक साधारण थाइलेकोइड झिल्ली सम्मिलित होती है जो अंदर एक खाली ट्यूबलर स्थान बनाती है जिसे थाइलेकोइड लुमेन कहा जाता है।

ये थाइलेकोइड एक संचयी संरचना बनाने के लिए एकत्रित होते हैं जिन्हें ग्रैनम कहा जाता है। ग्रैनम सिक्कों के ढेर जैसा दिखता है। ये इकाइयाँ उच्च पौधों के क्लोरोप्लास्ट में थाइलेकोइड द्वारा परस्पर जुड़ी होती हैं। इन कनेक्शनों को स्ट्रोमा थाइलेकोइड कहा जाता है। प्रत्येक क्लोरोप्लास्ट के अंदर 10 से 100 ऐसे ग्रैन होते हैं जो स्ट्रोमा थाइलेकोइड से जुड़े होते हैं जो जैव रासायनिक पदार्थों के संचार और आदान-प्रदान के लिए सुरंग बनाते हैं। ग्रैना और स्ट्रोमा थाइलेकोइड की जैव रासायनिक संरचना झिल्ली के प्रोटीन घटकों के संदर्भ में भिन्न होती है।

थाइलेकोइड सभी पौधों और नीले-हरे शैवाल के क्लोरोप्लास्ट में उपस्थित होते हैं। थाइलेकोइड क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली प्रणाली की परस्पर जुड़ी हुई डिस्क जैसी थैलियाँ हैं। वे स्ट्रोमा में निलंबित पाए जाते हैं।

थाइलेकोइड को एक ढेर में व्यवस्थित किया जाता है, जिसे ग्रैना कहा जाता है। थाइलेकोइड झिल्ली में प्रकाश संश्लेषक वर्णक क्लोरोफिल होता है, जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है।

थाइलेकोइड की मुख्य विशेषताएं हैं:

• प्रत्येक थाइलेकोइड क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में अंतर्निहित एक झिल्ली-बद्ध थैली है।
• ग्रैना थाइलेकोइड का एक ढेर है, जो सिक्कों के ढेर जैसा दिखता है। वे प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रिया का स्थल हैं।
• दो अलग-अलग ग्रैना के थाइलेकोइड स्ट्रोमा लैमेला द्वारा जुड़े हुए हैं।
• प्रत्येक थाइलेकोइड थाइलेकोइड झिल्ली और थाइलेकोइड लुमेन से बना होता है।

थाइलेकोइड झिल्ली

थाइलेकोइड झिल्ली सबसे भीतरी डिब्बे या थाइलेकोइड लुमेन को घेरती है। क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली कभी-कभी थाइलेकोइड झिल्ली के साथ निरंतर होती है। थाइलेकोइड झिल्ली फॉस्फोलिपिड्स और गैलेक्टोलिपिड्स से बनी होती है। यह क्लोरोप्लास्ट की आंतरिक झिल्ली के समान है और साइनोबैक्टीरिया जैसे प्रोकैरियोटिक झिल्ली के साथ कुछ विशेषताएं भी साझा करता है। थाइलेकोइड झिल्ली में क्लोरोफिल और अन्य प्रकाश संश्लेषक रंगद्रव्य होते हैं।

थाइलेकोइड झिल्ली में कई अभिन्न झिल्ली प्रोटीन होते हैं:

• फोटोसिस्टम I - ज्यादातर स्ट्रोमा लैमेला और ग्रैना के बाहरी थाइलेकोइड में उपस्थित होता है। प्रकाश संचयन परिसर में 700 एनएम (पी700) पर अधिकतम अवशोषण के साथ प्रतिक्रिया केंद्र (क्लोरोफिल ए) होता है। यह चक्रीय और गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन दोनों में भाग लेता है।
• फोटोसिस्टम II - ज्यादातर ग्रैना थाइलेकोइड में उपस्थित होता है। प्रकाश-संचयन परिसर में 680 एनएम (पी680) पर अधिकतम अवशोषण के साथ प्रतिक्रिया केंद्र (क्लोरोफिल ए) होता है। यह गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन में भाग लेता है। जल विभाजन परिसर पीएस II से जुड़ा है।
• साइटोक्रोम B6f कॉम्प्लेक्स - समान रूप से वितरित और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का एक हिस्सा है।
• एटीपी सिंथेज़ - ज्यादातर स्ट्रोमा लैमेला और ग्रैना के बाहरी थाइलेकोइड में उपस्थित होता है। CF0 सबयूनिट ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल बनाता है और थाइलेकोइड झिल्ली में एम्बेडेड होता है। सीएफ1 सबयूनिट स्ट्रोमा की ओर उपस्थित होता है और एटीपी संश्लेषण को उत्प्रेरित करता है।

फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं में थाइलेकोइड की भूमिका

क्लोरोप्लास्ट का यह भाग प्रकाश संश्लेषण की फोटोकैमिकल प्रक्रिया में भाग लेता है। इसमें सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को फंसाने और प्रकाश संश्लेषण में सम्मिलित अन्य जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए क्लोरोफिल ए, ज़ेक्सैन्थिन, β-कैरोटीन, इचिनेनोन, मायक्सॉक्सैन्थोफिल आदि जैसे प्रकाश संश्लेषक रंगद्रव्य होते हैं। वास्तव में, थाइलेकोइड प्रकाश-निर्भर या फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं को करने के लिए प्रमुख स्थान बनाते हैं।

क्लोरोप्लास्ट के अंदर इतने सारे थाइलेकोइड के बनने का कारण सूर्य के प्रकाश पर निर्भर प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं को ले जाने के लिए अधिक स्थान और दक्षता प्रदान करने के लिए सतह क्षेत्र-आयतन अनुपात को बढ़ाना है। इस खंड का आंतरिक pH 4 है जबकि स्ट्रोमा का pH 8 है। यह थाइलेकोइड के लुमेन के अंदर प्रोटॉन (H+) के पंपिंग के कारण होता है। संरचनात्मक विशेषताओं को समझने और संबंधित कार्यों के साथ इसकी विशेषताओं को सहसंबंधित करने के लिए थाइलेकोइड झिल्ली आरेख का संदर्भ लें।

क्लोरोप्लास्ट में थाइलेकोइड का कार्य

• जल का फोटोलिसिस

यदि हम इस शब्द को ध्यान से देखें तो हम समझ सकते हैं कि सौर ऊर्जा की उपस्थिति में जल के अणुओं का पृथक्करण होता है। यह थाइलेकोइड (लुमेन) के अंदर होता है जहां सौर ऊर्जा का उपयोग जल के अणुओं को विभाजित करने और परिवहन श्रृंखलाओं के लिए इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। फिर प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनाने के लिए प्रोटॉन को थाइलेकोइड लुमेन के अंदर पंप किया जाता है। इस प्रक्रिया में उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन का उत्पादन होता है।

• इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

जल के फोटोलिसिस के दौरान उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को फोटोसिस्टम की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं तक पहुंचाया जाता है। इस क्षेत्र में दो फोटो सिस्टम उपस्थित हैं। फोटोसिस्टम मैं NADP⁺ को कम करके H⁺ और NADPH बनाने के लिए प्रकाश का उपयोग करता हूं। फोटोसिस्टम II प्रोटॉन (H⁺) और इलेक्ट्रॉनों के साथ O₂ बनाने के लिए जल के अणुओं के ऑक्सीकरण के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करता है। इन दोनों प्रणालियों में एंटीना कॉम्प्लेक्स हैं जो विभिन्न तरंग दैर्ध्य के सूर्य के प्रकाश को फंसा सकते हैं।

• एटीपी संश्लेषण

थाइलेकोइड झिल्ली से ढके लुमेन के अंदर ये दोनों प्रणालियाँ एटीपी का उत्पादन करने में सक्षम हैं। यह विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं में उपयोग की जाने वाली लगभग सभी जीवित प्राणियों की ऊर्जा मुद्रा है। इसी प्रकार, इस ऊर्जा मुद्रा का उपयोग विभिन्न अन्य प्रकाश संश्लेषण प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।

यह एटीपी सिंथेज़ एंजाइम का उपयोग करके निर्मित होता है जो माइटोकॉन्ड्रियल एटीपीस जैसा दिखता है। ये ऊर्जा अणु थाइलेकोइड झिल्ली में एकीकृत इस एंजाइम द्वारा निर्मित होते हैं। उत्पादित एटीपी का उपयोग प्रकाश-स्वतंत्र प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं के संचालन के लिए किया जाता है।

• प्रोटीन संश्लेषण

थाइलेकोइड लुमेन में प्रोटीन का एक सेट होता है जिसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण, प्रोटीन प्रसंस्करण, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं, चयापचय और पौधों की कोशिकाओं की रक्षा के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्लास्टोसायनिन का उपयोग साइटोक्रोम से फोटोसिस्टम I तक इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए किया जाता है।

माइक्रोबियल पौधों में थाइलेकोइड

बैक्टीरिया और शैवाल जैसे एककोशिकीय पौधों में थाइलेकोइड ग्रैना बनाने के लिए एकत्रित नहीं होते हैं। वे शैवाल जैसे यूकेरियोट्स के क्लोरोप्लास्ट के अंदर अव्यवस्थित और बिखरे हुए रहते हैं। दूसरी ओर, प्रोकैरियोट्स में क्लोरोप्लास्ट नहीं होते हैं। प्रोकैरियोट (बैक्टीरिया) की संपूर्ण कोशिका थाइलेकोइड के रूप में कार्य करती है।

इन कोशिकाओं में बैक्टीरिया डीएनए, कार्बोक्सीसोम और साइटोप्लाज्म के आसपास थाइलेकोइड झिल्ली होती है। यह झिल्ली उसी तरह कार्य करती है जैसे यूकेरियोटिक थाइलेकोइड करता है।

यह सब यूकेरियोटिक और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में उपस्थित थाइलेकोइड के बारे में है। प्राइम थाइलेकोइड फ़ंक्शन प्रकाश-निर्भर प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं को ले जाने के लिए एक नियंत्रित साइट की पेशकश करना और प्रकाश संश्लेषण की अन्य प्रतिक्रियाओं के संचालन के लिए एटीपी उत्पन्न करना है। क्लोरोप्लास्ट के इस भाग का एक विस्तृत आरेख देखें और समझें कि यह पौधों के लिए सबसे महत्वपूर्ण चयापचय प्रतिक्रियाओं को संचालित करने के लिए कैसे कार्य करता है।

थाइलेकोइड लुमेन

थाइलेकोइड लुमेन क्लोरोप्लास्ट का सबसे भीतरी जलीय भाग है। यह थाइलेकोइड झिल्ली से घिरा होता है। यह केमियोस्मोसिस द्वारा संचालित एटीपी संश्लेषण या फॉस्फोराइलेशन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। प्रोटॉन को झिल्ली के पार लुमेन में पंप किया जाता है, जो थाइलेकोइड झिल्ली में मोलर सांद्रता उत्पन्न करता है।

जल-विभाजन कॉम्प्लेक्स पीएस II के थाइलेकोइड झिल्ली के अंदरूनी हिस्से में उपस्थित होता है और इसके परिणामस्वरूप थाइलेकोइड लुमेन में जल के विभाजन से उत्पन्न प्रोटॉन और ऑक्सीजन निकलता है।

थाइलेकोइड लुमेन में प्लास्टोसायनिन भी होता है, जो एक इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रोटीन है और साइटोक्रोम बी6एफ कॉम्प्लेक्स से पीएस I तक इलेक्ट्रॉनों को शटल करता है।

अभ्यास प्रश्न:

1. थाइलेकोइड क्या हैं?
2. थाइलेकोइड का कार्य क्या है?
3. थाइलेकोइड लुमेन क्या है?