प्रकाश अभिक्रिया (प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया)

प्रकाश अभिक्रियाएँ (प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ) प्रकाश संश्लेषण का प्रारंभिक चरण है जो क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्लियों में होता है। वे प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जिससे ATP और NADPH का उत्पादन होता है, जिसका उपयोग फिर ग्लूकोज के संश्लेषण के लिए कैल्विन चक्र (अंधेरे अभिक्रिया) में किया जाता है।

प्रकाश अभिक्रियाएँ, जिन्हें प्रकाश रासायनिक चरण या प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ भी कहा जाता है, प्रकाश संश्लेषण में होने वाली अभिक्रियाएँ हैं जिनमें ATP और NADPH जैसे ऊर्जा-समृद्ध अणुओं का उत्पादन करने के लिए प्रकाश की आवश्यकता होती है।
ये अभिक्रियाएँ क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्लियों में होती हैं।

प्रकाश अभिक्रियाओं का स्थान

प्रकाश अभिक्रियाएँ क्लोरोप्लास्ट की थायलाकोइड झिल्ली में होती हैं। थायलाकोइड चपटी थैली जैसी संरचनाएँ होती हैं जो ग्रैना बनाने के लिए ढेर की जाती हैं। थायलाकोइड झिल्ली में क्लोरोफिल ए, क्लोरोफिल बी, कैरोटीनॉयड और ज़ैंथोफिल जैसे प्रकाश संश्लेषक वर्णक होते हैं।

शामिल घटक

फोटोसिस्टम (PS): इसमें दो मुख्य फोटोसिस्टम शामिल हैं:

फोटोसिस्टम I (PS I): 700 nm (P700) की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करता है।
फोटोसिस्टम II (PS II): 680 nm (P680) की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करता है।

इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन (ETC): प्रोटीन कॉम्प्लेक्स (साइटोक्रोम) की एक श्रृंखला जो इलेक्ट्रॉनों को एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरित करती है, जिससे ऊर्जा निकलती है।
इलेक्ट्रॉन वाहक: प्लास्टोक्विनोन (PQ), प्लास्टोसायनिन (PC), और फेरेडॉक्सिन (Fd) जैसे अणु इलेक्ट्रॉनों को परिवहन करने के लिए वाहक के रूप में कार्य करते हैं।
ATP सिंथेस: एक एंजाइम कॉम्प्लेक्स जो ADP और Pi से ATP को संश्लेषित करने के लिए प्रोटॉन ग्रेडिएंट का उपयोग करता है।

प्रकाश अभिक्रियाओं के चरण

प्रकाश का अवशोषण

PS II में क्लोरोफिल और अन्य वर्णकों द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर उत्तेजित होते हैं।

पानी का फोटोलिसिस

PS II से जुड़े एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा पानी को ऑक्सीजन (O₂), प्रोटॉन (H⁺) और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित किया जाता है। इस प्रक्रिया को फोटोलिसिस के रूप में जाना जाता है। प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

2H₂O → 4𝐻⁺ + 4𝑒⁻ + 𝑂₂

ऑक्सीजन एक उपोत्पाद के रूप में जारी की जाती है, और इलेक्ट्रॉन PS II द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों की जगह लेते हैं।

इलेक्ट्रॉन परिवहन

उत्तेजित इलेक्ट्रॉन PS II से प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता में स्थानांतरित होते हैं और फिर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) के माध्यम से PS I में जाते हैं। इस स्थानांतरण के दौरान, ऊर्जा मुक्त होती है और प्रोटॉन (H⁺) को थायलाकोइड लुमेन में पंप करने के लिए उपयोग की जाती है, जिससे प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनता है।

ATP (फोटोफॉस्फोराइलेशन) का निर्माण

प्रोटॉन ग्रेडिएंट से ऊर्जा का उपयोग ATP सिंथेस द्वारा ADP और अकार्बनिक फॉस्फेट (Pi) को ATP में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया को फोटोफॉस्फोराइलेशन कहा जाता है।

PS I में इलेक्ट्रॉन उत्तेजना

प्रकाश ऊर्जा PS I (P700) में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करती है। इन इलेक्ट्रॉनों को दूसरे प्राथमिक स्वीकर्ता में स्थानांतरित किया जाता है और फिर इलेक्ट्रॉन वाहक फेरेडॉक्सिन (Fd) में भेजा जाता है।

एनएडीपीएच का निर्माण

फेरेडॉक्सिन से इलेक्ट्रॉनों का उपयोग NADP+ को कम करने के लिए एंजाइम NADP+ रिडक्टेस की उपस्थिति में एनएडीपीएच बनाने के लिए किया जाता है:

प्रकाश प्रतिक्रियाओं के उत्पाद

ATP: फोटोफॉस्फोराइलेशन द्वारा उत्पादित।
NADPH: NADP+ की कमी से उत्पादित।

ऑक्सीजन (O₂)

पानी के फोटोलिसिस के उपोत्पाद के रूप में जारी किया जाता है।

फोटोफॉस्फोरिलेशन के प्रकार

गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोरिलेशन

इसमें PS II और PS I दोनों शामिल हैं।
इलेक्ट्रॉन गैर-चक्रीय तरीके से पानी से NADP⁺ में प्रवाहित होते हैं, जिससे NADPH और ATP बनते हैं।

यह उपोत्पाद के रूप में O₂ का उत्पादन करता है।

चक्रीय फोटोफॉस्फोरिलेशन

इसमें केवल PS I शामिल है।
इलेक्ट्रॉन फेरेडॉक्सिन से वापस साइटोक्रोम b6f कॉम्प्लेक्स में, फिर प्लास्टोसायनिन में और फिर PS I में वापस जाते हैं।
यह केवल ATP का उत्पादन करता है, कोई NADPH या O₂ नहीं।

प्रकाश प्रतिक्रियाओं का महत्व

प्रकाश प्रतिक्रियाओं से ATP और NADPH का उत्पादन होता है, जिसका उपयोग CO₂ को ग्लूकोज में बदलने के लिए कैल्विन चक्र (अंधेरे प्रतिक्रियाओं) में ऊर्जा और कम करने वाली शक्ति के रूप में किया जाता है।
पानी के फोटोलिसिस के दौरान उत्पादित ऑक्सीजन वायुमंडल में ऑक्सीजन के संतुलन को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

प्रकाश अभिक्रियाओं से संबंधित प्रश्न

प्रकाश अभिक्रियाएँ क्या हैं, तथा वे क्लोरोप्लास्ट में कहाँ होती हैं?
प्रकाश अभिक्रियाओं में फोटोसिस्टम I तथा फोटोसिस्टम II की भूमिका का वर्णन करें।
चक्रीय तथा गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन में क्या अंतर है?
पानी के फोटोलिसिस की प्रक्रिया तथा प्रकाश संश्लेषण में इसके महत्व की व्याख्या करें।
प्रकाश अभिक्रियाओं के दौरान ATP तथा NADPH कैसे बनते हैं?
प्रकाश अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का क्या महत्व है?