प्रकाश संश्लेषण

नेपाली विकिपीडियाबाट
यसमा जानुहोस्: परिचालन, खोज्नुहोस्
हरिया पातहरू, प्रकाश संश्लेषणका लागि प्रधान अङ्ग हुन्।

सजीव कोशिकाहरूका द्वारा प्रकाशीय उर्जालाई रासायनिक ऊर्जामा परिवर्तित गर्ने क्रियालाई प्रकाश संश्लेषण (फोटोसिन्थेसिस) भन्दछन्। प्रकाश संश्लेषण त्यो क्रिया हो जसमा बोटहरू आफ्नो हरियो रङ्ग भएका पात, द्वारा सूर्यका प्रकाशको उपस्थितिमा वायुदेखि कार्बनडाइअक्साइड तथा भूमिदेखि जल लिएर जटिल कार्बनिक मल्य पदार्थहरू जस्तै कार्बोहाइड्रेट्सको निर्माण गर्दछन् तथा अक्सिजन ग्यास (O2) बाहिर निकाल्दछन्। प्रकाश संश्लेषणको प्रक्रियामा सूर्यका प्रकाशको उपस्थितिमा बोटहरूको हरियो पातहरूको कोशिकाहरूका भित्र कार्बन डाइआक्साइड र पानीका संयोगले पहिला साधारण कार्बोहाइड्रेट र पछि जटिल काबोहाइड्रेटको निर्माण हुन्छ। यस प्रक्रियामा अक्सिजन एवं ऊर्जादेखि भरपूर कार्बोहाइड्रेट (सूक्रोज, ग्लूकोज, स्टार्च (मण्ड) आदि)को निर्माण हुन्छ तथा अक्सिजन ग्यास बाहिर निस्कन्छ। जल, कार्बनडाइअक्साइड, सूर्यको प्रकाश तथा क्लोरोफिल (हरितलवक)लाई प्रकाश संश्लेषणको अवयव भन्दछन्। यसबाट जल तथा कार्बनडाइअक्साइडलाई प्रकाश संश्लेषणको काँचो माल भनिन्छ। प्रकाश संश्लेषणको प्रक्रिया सबैभन्दा महत्वपूर्ण जैवरासायनिक अभिक्रियाहरू मध्येको एउटा हो।[१] सीधै वा परोक्ष रूपले दुनियाका सबै सजीव यसमाआश्रित छन्। प्रकाश संश्वेषण गर्ने वाला सजीवहरूलाई स्वपोषी भन्दछन्।[२]

रासायनिक समीकरण[सम्पादन गर्ने]

6 CO2 + 12 H2O + प्रकाश + क्लोरोफिल → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O + क्लोरोफिल[३]

कार्बन डाईआक्साइड + पानी + प्रकाश + क्लोरोफिलग्लूकोज + अक्सीजन + पानी + क्लोरोफिल
प्रकाश यहाँ अभिक्रियामा भाग लिंदैन तर यस अभिक्रियाका लागि प्रकाशको उपस्थिति आवश्यक हुन्छ। यस रासायनिक क्रियामा कार्बनडाइअक्साइडका ६ अणुहरू र जलका १२ अणुहरूका बीच रासायनिक क्रिया हुन्छ जसको फलस्वरूप ग्लूकोजका एउटा अणु, जलका ६ अणु तथा अकसीजनका ६ अणु उत्पन्न हुन्छन्। यस क्रियामा मुख्य उत्पाद ग्लूकोज हुन्छ तथा अक्सीजन र जल उप पदार्थका रूपमा मुक्त हुन्छन्। यस प्रतिक्रियामा उत्पन्न जल कोशिका द्वारा अवशोषित हुन जान्छ र पुनः जैव-रासायनिक प्रतिक्रियाहरूमा लाग्छ। मुक्त अक्सीजन वातावरणमा गइहाल्छ। यस मुक्त अक्सीजनको स्रोत जलका अणु छ कार्बनडाइअक्साइडका अणु छैन। अभिक्रियामा सूर्यको विकिरण ऊर्जाको रूपान्तरण रासायनिक ऊर्जामा हुन्छ। जो ग्लूकोजका अणुहरूमा संचित हुन जान्छ। प्रकाश-संश्लेषणमा बोटहरू द्वारा प्रति वर्ष लगभग 100 टेरावाटको सौर्य ऊर्जालाई रासायनिक ऊर्जाका रूपमा भोज्य पदार्थका अणुहरूमा बाँधी दिन्छ।[४] यस ऊर्जाको परिमाण पूर्ण मानव सभ्यताका वार्षिक ऊर्जा खर्चदेखि पनि ७ गुणा अधिक हो।[५] यो ऊर्जा यहाँ स्थितिज ऊर्जाका रूपमा संचित रहन्छ। अतः प्रकाश-संश्लेषणको क्रियालाई ऊर्जा बंधनको क्रिया पनि भन्दछन्। यस प्रकार प्रकाश-संश्लेषण गर्ने वाला सजीव लगभग १0,00,00,00,000 टन कार्बनलाई प्रति वर्ष जैव-पदार्थहरूमा बदल दिन्छन्।[६]

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि[सम्पादन गर्ने]

स्टीफन हेलेस

धेरै प्राचीन कालदेखि यो ज्ञात छ कि बोटहरू आफ्नो पोषण जराहरू द्वारा प्राप्त गर्दछन्। १७७२मा स्टीफन हेलेसले बताएका छन् बोटहरूको पातहरू वायुदेखि भोजन ग्रहण गर्दछ तथा यस क्रियामा प्रकाशको केही महत्वपूर्ण क्रिया हो। प्रीस्टलेले १७७२मा पहिला बताएका छन् यस क्रियाका बेला उत्पन्न वायुमा मोमबत्ती बालियो भनें यो बल्दै रहन्छ। मोमबत्ती बल्नका पश्चात् उत्पन्न वायुमा यदि अब एउटा जीवित मूसो राखियो भनें उ मर्छ। त्यसले १७७५मा पुनः बताएका छन् बोटहरू द्वारा दिनका समयमा निस्केको ग्यास अक्सिजन हुन्छ। यसका पश्चात इंजन हाउसले १७७९मा बताएका छन् हरिया बोटहरू सूर्यका प्रकाशमा co2 ग्रहण गर्दछन् तथा अक्सिजन निकाल्दछन्। डी. सासूरले १८०४मा बताए बोटहरू दिन र रात श्वसनमा त आक्सिजन नैं लिन्छन् तर प्रकाश संश्लेषणका बेला अक्सिजन मुक्त गर्दछन्। अत: अक्सिजन पूरा दिन काममा आउँछ तर कार्बन डाइअक्साइडदेखि अक्सिजन केवल प्रकाश संश्लेषणमा नैं बन्दछ। सासले १८८७मा बताएका छन् हरिया बोटहरूका co2 ग्रहण गर्न तथा o2 निकालनाले बोटहरूमा स्टार्चको निर्माण हुन्छ।

महत्व[सम्पादन गर्ने]

हरिया बोटहरूमा हुने प्रकाश संश्लेषणको क्रिया बोटहरू एवं अन्य जीवित प्राणीहरूका लागि एउटा धेरै नैं महत्वपूर्ण क्रिया हो। यस क्रियामा बोटहरू सूर्यका प्रकाशीय उर्जालाई रासायनिक उर्जामा परिवर्तित गर्न दिन्छन् तथा CO2 पानी जस्तै साधारण पदार्थहरूदेखि जटिल कार्बन यौगिक कार्बोहाइड्रेट्स बन्न जान्छन्। यी कार्बोहाइड्रेट्सद्वारा नैं मनुष्य एवं जीवित प्राणीहरूलाई भोजन प्राप्त हुन्छ। यस प्रकार बोटहरू प्रकाश संश्लेषणको क्रिया द्वारा सम्पूर्ण प्राणी जगतका लागि भोजन-व्यवस्था गर्दछन्। कार्बोहाइड्रेट्स प्रोटीन एवं विटामिन आदि प्राप्त गर्नका लागि विभिन्न फसलहरू उमारिन्छन् तथा यी सब पदार्थहरूको निर्माण प्रकाश संश्लेशणद्वारा नैं हुन्छ। रबड़, प्लास्टिक, तेल, सेल्यूलोज एवं धेरै औषधिहरू पनि बोटहरूमा प्रकाश संश्लेषण क्रियामा उत्पन्न हुन्छ। हरिया रुख प्रकाश संश्लेषणको क्रियामा कार्बन डाईअक्साइडलाई लिन्छन् र अक्सीजनलाई निकाल्दछन्, यस प्रकार वातावरणलाई शुद्ध गर्दछन्। अक्सीजन सबै जन्तुहरूलाई साँस लिनको लागि अति आवश्यक हुन्छ। पर्यावरणका संरक्षणका लागि पनि यस क्रियाको धेरै महत्व हुन्छ।[७][८] मत्स्य-पालनका लागि पनि प्रकाश संश्लेषणको धेरै महत्व हुन्छ। जब प्रकाश संश्लेषणको क्रिया धीमा हुन जान्छ भनें जलमा कार्बन डाई अक्साइडको मात्रा बढ्न जान्छ। यसको ५ सी0सी0 प्रतिलीटरदेखि अधिक हुनु मत्स्य पालन हेतु हानिकारक हो।[९] प्रकाश संश्लेषण जैव ईंधन बनाउनेमा पनि सहायक हुन्छ। यसका द्वारा बोटहरू सौर ऊर्जा द्वारा जैव ईंधनको उत्पादन पनि गर्दछन्। यो जैव ईंधन विभिन्न प्रक्रियादेखि गुजर्दै विविध ऊर्जा स्रोतहरूको उत्पादन गर्दछ। उदाहरणका लागि पशुहरूलाई चारा, जसका बदलामा हामीलाई गोबर प्राप्त हुन्छ, कृषि अवशेषका द्वारा खाना पकाउन आदि।[१०] मनुष्यका अतिरिक्त अन्य जीव जन्तुहरूमा पनि प्रकाश-संश्लेषणको धेरै महत्व हुन्छ। मानव आफ्नो त्वचामा प्रकाशका द्वारा विटामिन डीको संश्लेषण गर्दछन्। विटामिन डी एउटा वसामा घुलनशील रसायन छ, यसका संश्लेषणमा पराबैंगनी किरणहरूको प्रयोग हुन्छ। केही समुद्री घोंघे आफ्नो आहारका माध्यमदेखि शैवाल आदि बोटहरूलाई ग्रहण गर्दछन् तथा यिनमा उपस्थित क्लोरोप्लास्टको प्रयोग प्रकाश-संश्लेषणका लागि गर्दछन्।[११] प्रकाश-संश्लेषण एवं श्वसनको क्रियाहरू एउटा अर्काको पूरक एवं विपरीत हुन्छन्। प्रकाश-संश्लेषणमा कार्बनडाइअक्साइड र जलका बीच रासायनिक क्रियाका फलस्वरूप ग्लूकोजको निर्माण हुन्छ तथा अक्सीजन मुक्त हुन्छ। श्वसनमा यसका विपरीत ग्लूकोजका अक्सीकरणका फलस्वरूप जल तथा कार्बनडाइअक्साइड बन्दछन्। प्रकाश-संश्लेषण एउटा रचनात्मक क्रिया छ यसका फलस्वरूप सजीवका शुष्क भारमा वृद्धि हुन्छ। श्वसन एउटा नासात्मक क्रिया छ, यस क्रियाका फलस्वरूप सजीवका शुष्क भारमा कमी आउँछ। प्रकाश-संश्लेषणमा सौर्य ऊर्जाका प्रयोगदेखि भोजन बन्दछ, विकिरण ऊर्जाको रूपान्तरण रासायनिक ऊर्जामा हुन्छ। जबकि श्वसनमा भोजनका अक्सीकरणदेखि ऊर्जा मुक्त हुन्छ, भोजनमा संचित रासायनिक ऊर्जाको प्रयोग सजीव आफ्नो विभिन्न कार्यहरूमा गर्दछ। यस प्रकार यी दुइटै क्रियाहरू आफ्नो काँचो मालका लागि एउटा अर्काका अन्त पदार्थहरूमा निर्भर रहँदै एउटा अर्काको पूरक हुन्छन्।

क्रिया विधि : विभिन्न मत[सम्पादन गर्ने]

प्रकाश संश्लेषण, जललाई तोड़ेर O2 निकाल्छ एवं CO2लाई शर्करा (sugar)का रूपमा बद्लि गरिदिन्छ।

प्रकाश संश्लेषणको क्रिया केवल हरिया बोटहरूदेखि हुन्छ र समीकरण अत्यन्त साधारण छ. र पनि यो एउटा विवादग्रस्त प्रश्न छ कि कुन प्रकार CO2 एवं पानी जस्तै सरल पदार्थ, कार्बोहाइड्रेट्स जस्तै जटिल पदार्थहरूको निर्माण गर्दछन्। समय-समयमा विभिन्न पादप कार्यिकी विशेषज्ञहरूले यस क्रियालाई समझनका लागि विभिन्न मत प्रकट गरे छन्। यिनमा बैयर, विल्सटेटर तथा स्टाल तथा आरनोनका मत प्रमुख छन्। बैयर, विल्सटेटर तथा स्टालका मतहरूको केवल ऐतिहासिक महत्व हुन्छ। यिनकोपछिका परीक्षणहरूमा सही छैन पाइएको हो। १९६७मा आरनोनले बताएका छन् क्लोरोप्लास्टमा पायी जाने प्रोटीन फैरोडोक्सिन प्रकाश संश्लेषणको क्रियामा मुख्य कार्य गर्दछ। आधुनिक युगमा सबै वैज्ञानिकहरू द्वारा यो मान्य छ कि प्रकाश संश्लेषणमा स्वतन्त्र अक्सिजन पानीदेखि आउँछ। आधुनिक समयमा अनेक प्रयोगहरूका आधारमा यो सिद्ध हो चुका छ कि प्रकाश संश्लेषणको क्रिया निम्न दुई चरणहरूमा सम्पन्न हुन्छ। पहिला चरणमा प्रकाश प्रक्रिया अथवा हिल प्रक्रिया अथवा फोटोकेमिकल प्रक्रिया। र अर्का चरणमा अंधेरी प्रक्रिया अथवा ब्लेकमैन प्रक्रिया वा प्रकाशहीन प्रक्रिया। प्रकाश संश्लेषणको क्रियामा दुइटै प्रक्रियाहरू एउटा अर्काका पश्चात हुन्छ। प्रकाश प्रक्रिया अंधेरी प्रक्रियाको उपेक्षा अधिक तेजीदेखि हुन्छ।

प्रकाश-संश्लेषणको क्रिया बोटहरूका सबै क्लोरोप्लास्ट युक्त कोशिकाहरूमा हुन्छ। अर्थात बोटहरूका समस्त हरिया भागहरूमा हुन्छ। यो क्रिया विशेषतः पातहरूका मीसोफिल ऊतकमा हुन्छ किनभनें पातहरूका मीसोफिल उतकको पेरेन्काइमा कोशिकाहरूमा अन्य कोशिकाहरूको उपेक्षा क्लोरोप्लास्टको मात्रा अधिक हुन्छ।

प्रकाश प्रक्रिया, हिल प्रक्रिया अथवा फोटोकेमिकल प्रक्रिया[सम्पादन गर्ने]

क्लोपोप्लास्टमा हुने प्रकाश अभिक्रिया

प्रकाश संश्लेषणको क्रियामा जो प्रक्रिया प्रकाशको उपस्थितिमा हुन्छ त्यसलाई प्रकाश क्रियाका अन्तर्गत अध्ययन गरिन्छ। यस क्रियालाई हिल आदि अन्य वैज्ञानिकहरू द्वारा अध्ययन गरिएको हो। प्रकाश प्रक्रियाहरूका समय अंधेरी प्रक्रियाहरू सीमाबद्ध कारकको कार्य गर्दछ। प्रकाश प्रक्रियाहरू दुई चरणहरूमा हुन्छन्, फोटोलाइसिस एवं हाइड्रोजनको स्थापन। फोटोलाइसिसको प्रक्रियामा प्रकाश क्लोरोफिलका अणु द्वारा फोटोनका रूपमा अवशोषित गरिन्छ। जब क्लोरोफिलको अणु एउटा क्वान्टम प्रकाश शोषित गर्न लिन्छ त्यसको पश्चात् क्लोरोफिलको अर्को अणु तबसम्म प्रकाश शोषित छैन गर्दछ जबसम्म कि पहिलो ऊर्जा प्रकाश संश्लेषणको क्रियामा प्रयोग छैन हुन जान्छ। क्लोरोफिलद्वारा यस प्रकार शोषित प्रकाशको फोटोन उच्च ऊर्जा स्तरमा एउटा इलेक्ट्रान निकाल्दछ तथा यो शक्ति फास्फेटका तीसरे बाँडमा स्थित भएर उच्च ऊर्जा भएका एडिनोसाइन ट्राइफास्फेटका रूपमा प्रकट हुन्छन्। यस प्रकार क्लोरोपिल प्रकाशको उपस्थितिमा एटीपी उत्पन्न गर्दछन् तथा यस प्रक्रियालाई फोस्फोराइलेशन भन्दछन्। यस प्रकार सूर्यका प्रकाशको ऊर्जा एटीपी अर्थात् रासायनिक ऊर्जामा परिवर्तित हुन जान्छ। यस प्रकार क्लोरोफिल अणुमा निर्मित एटीपी क्लोरोफिल अणुदेखि पृथक भएर CO2लाई शर्करामा अनाक्सीकृत हुने आदि अनेक रासायनिक क्रियाहरूमा सहायक हो। क्लोरोफिल यस एटीपहेंलोई स्वतन्त्र गर्नमा फेरि अक्रिय हुन जान्छ। वान नील फ्रैंक, विशनिकका अनुसार पानी जब यस क्रियाशील क्लोरोफिलका सम्पर्कमा आउँछन् तब पानी अनाक्सीकृत H तथा तेज आक्सीकारक OHमा विच्छेदित हुन जान्छ।

क्लोरोफिल + प्रकाश → सक्रिय क्लोरोफिल
H2O + सक्रिय क्लोरोफिल → H+ + OH-
इस फोटोलाइसिस प्रक्रियामा O2 पानीदेखि स्वतन्त्र हुन जान्छ भनें थियो हाइड्रोजन पनि हाइड्रोजन ग्राहकमा गइहाल्छ।
2H2O + 2A → 2AH2 + O2
इस प्रकार बोटहरूको प्रकाश-संश्लेषणको क्रियाहरूदेखि निस्केको समस्त अक्सिजन जलदेखि प्राप्त हुन्छन्। हिल, रूबेनले यसको समर्थन गरे तथा O18को प्रयोग गरेर यसलाई सिद्ध गरे। पानीदेखि अक्सिजन निस्कनलाई क्लोरील्ला नामक शैवालमा CO2को अनुपस्थितिमा देखिाइएको हो। यसको अर्थ भयो कि CO2को अनुपस्थितिमा अक्सिजनको उत्पादन हुन सक्छ, परन्तु यसमा हाइड्रोजन ग्राहक हुनुपर्दछ। यस्तो देखिएको छ कि बोटहरूमा एनएडीपी (NADP) दुई NADPH2 बनाउँछ।
2H2O+2NADP=2NADPH2+O2

फोस्फोरीलेशन[सम्पादन गर्ने]

आरननका मतानुसार प्रकाश क्रिया मुख्य रूपले (एडिनोसाइन ट्राई फोस्फेट) निर्माणदेखि सम्बन्धित हो। NADPH2/NADP का अवकरणदेखि बन्दछ। NADPलाई TPN पनि भन्दछन्। एटीपी एउटा प्रकाश ऊर्जा अणु छ जो एडीपीमा एउटा फास्फेट ग्रूपका जुड़नहरूदेखि बन्दछ तथा यस क्रियालाई फोस्फोरीलेशन भन्दछन्। एडीपी का फोस्फोरीलेशनमा प्रकाश ऊर्जाको आवश्यकता हुन्छ अतः यसलाई फोटो-फोस्फोरीलेशन पनि भन्दछन्। यो पनि एउटा जटिल क्रिया छ तथा आरननका अनुसार प्रकाश प्रक्रिया दुई प्रक्रमहरूमा हुन्छ। अयुग्म फोटो-फोस्फोरीलेशन तथा युग्म फोटो-फोस्फोरीलेशन
अयुग्म फोटो-फोस्फोरीलेशनमा पानीका अपघटनका कारण इलेक्ट्रोन निरन्तर प्राप्त हुन्छन् तथा फोटो-फोस्फोरीलेशनको क्रियामा क्लोरोफिलमा प्रकाश ऊर्जादेखि एटीपीको निर्माण होता रहन्छ। यस प्रकार क्लोरोफिल ‘a’का सक्रिय भएमा फेरेडोक्सिन इलेक्ट्रान ग्राहीको कार्य गर्दछ जसलाई एनएडीपी नामक coenzymeलाई दिन्छ जसमा एनएडी पानी द्वारा मुक्त गरिएको हाइड्रोजनलाई पकड़ गर्न NADPH2मा परिवर्तित हुन जान्छ।

24H2O → 24OH + 24H
12NADP + 24H → 12NADPH2
24OH → 12H2O + 6O2

यस प्रकार पानीमा विघटन भएको मुक्त इलेक्ट्रोन क्लोरोफिल ‘b’लाई उत्तेजित गर्न उच्च ऊर्जा स्तरमा पहूँच जान्छन् तथा यी इलेक्ट्रोन फेरि कुन प्रकार क्लोरोफिल ‘a’लाई प्राप्त हुन्छन्, पूर्ण रूपले ज्ञात छैन तर यस्तो विश्वास गरिन्छ कि प्लास्टोकविनोन नामक इलेक्ट्रोन ग्राही यी इलेक्ट्रोनहरूलाई पक्रन्छ जो साइटोक्रोम द्वारा पुनः क्लोरोफिल ‘a’मा पुग्न जान्छ। यसमा साथ-साथ एटीपीको पनि निर्माण हुन्छ।
युग्म फोटो-फोस्फोरीलेशनको क्रियामा सूर्यका प्रकाशदेखि क्लोरोफिल ‘a’ सक्रिय भएर इलेक्ट्रोनलाई बाहिरतर्फ फ्याँक्छ जो क्लोरोफिलमा उपस्थित फैरीडाक्सीनद्वारा पक्रन लाग्छन्। यही इलेक्ट्रोन मुक्त भएर प्लास्टोक्वीनोन नामक इलेक्ट्रोन ग्राही द्वारा पकड़ लिइन्छ। यस क्रियाका मध्यमा एडीपी, एटीपीमा परिवर्तित हुन जान्छ भनें थियो इलेक्ट्रोन पुनः मुक्त भएर साइटोक्रोम विकरदेखि भएर क्लोरोफिल ‘a’मा फिर्ता पुग जान्छ। यस क्रियामा पनि एडीपी, एटीपीमा परिवर्तित हुन जान्छ। यस क्रियामा बाह्य इलेक्ट्रोन प्रयोग हुँदैन तथा क्लोरोफिलदेखि इलेक्ट्रोन निकलेर पुनः त्यहीं फिर्ता आउँछ। इस प्रकार अयुग्म अनि युग्म प्रक्रियाहरू द्वारा पानी विघटित हुन जान्छ जसदेखि अक्सीजन ग्यास स्वतन्त्र हुन जान्छ भनें थियो हाइड्रोजन, हाइड्रोजन ग्राही एनएडीपी द्वारा पकड़ ली जान्छ तथा साथै साथ ऊर्जा पनि वर्गीकृत हुन जान्छ जसको प्रयोग रासायनिक प्रक्रिया वा अप्रकाशीय प्रतिक्रियामा हुन्छ।
अक्सीजन तथा प्रकाश-संश्लेषण

  • बोटहरूमा श्वसनको क्रिया दिन-रात हर समय हुँदै रहन्छ। श्वसनको क्रियामा बोटहरू अन्य सजीवहरूको नैं प्रकार अकसीजनको प्रयोग गरेर कार्बनडाइअक्साइड उत्पन्न गर्दछन् परन्तु दिनका समय श्वसनका साथ-साथ प्रकाश-संश्लेषणको क्रिया पनि होती रहन्छ। बोटहरू दिनका समय अक्सीजन मुक्त गर्दछन् किनभनें प्रकाश-संश्लेषणमा उत्पन्न अक्सीजन ग्यासको परिमाण श्वसनमा खर्च हुने अक्सीजनदेखि अधिक हुन्छ।
  • प्रकाश-संश्लेषणमा मुक्त हुने अक्सीजन ग्यास प्रकाशीय अभिक्रियामा उत्पन्न हुन्छ। यो कार्वनका स्वांगीकरणमा उत्पन्न हुँदैन अतः अक्सीजनको स्त्रोत जल हो कार्बनडाइअक्साइड होइन।

अंधेरी प्रक्रिया, ब्लेकमैन प्रक्रिया वा प्रकाशहीन प्रक्रिया[सम्पादन गर्ने]

केल्विन चक्र वा अंधेरी प्रक्रियालाई दर्शाउँदो चित्र

इस प्रक्रियाका लागि प्रकाशको आवश्यकता हुँदैन। यस प्रक्रियामा प्रायः कार्बनडाइअक्साइडको अवकरण हुन्छ। यस प्रक्रियामा पातका स्टोमेटा द्वारा ग्रहण गरिएको कार्बनडाइअक्साइड, पानीदेखि निस्केको हाइड्रोजन (प्रकाश प्रक्रियाका अन्तर्गत) प्रकाशको ऊर्जा (जो क्लोरोफिलद्वारा प्रकाश क्रियामा प्राप्त गरिएको छ)का कारण मिलेर एउटा स्थायी द्रव्य बनाउँछ।

CO2 + 2AH2 → CH2O + 2A + H2O

CH2O, यो एउटा कार्बोहाइड्रेट्सको इकाई अणु हो। केल्विन अनि बैनसनले रेडियो आइसोटोपीक प्रविधीको प्रयोग गर्न बताएका छन् प्रकाश-संश्लेषणको प्रक्रियामा पहिलो स्थाई यौगिक एउटा ३ कार्बन वाला 3-फोस्फोग्लिसेरिक अम्ल (पीजीए) बन्दछ। क्लोरोल्ला एवं सिनडेसमस नामक शैवालहरूमा रेडियो एक्टिव C14O2को उपस्थितिमा केही समयका लागि प्रकाश-संश्लेषण गराइएको तथा यिनमा पनि पहिलो स्थाई द्रव्य फोस्फोग्लिसेरिक अम्ल बन्यो। यो फोस्फोग्लिसेरिक अम्ल पछि ग्लूकोज बनाउँछ। इस प्रकार केल्विन तथा त्यसको सहकर्मिहरूका कार्यहरूदेखि यो सिद्ध भयो कि प्रकाश-संश्लेषण प्रक्रियामा CO2 ग्लूकोजमा परिवर्तित हुन जान्छ। उनले यस प्रयोगमा कार्बनका समस्थानिक (C14)को प्रयोग गरे। क्लोरोफिलमा राइबुलोज-1,5 विसफास्फेट उपस्थित रहन्छ। अब वायुमण्डलीय CO2 पातका स्टोमेटा द्वारा प्रवेश गर्न भित्र पुग्दछ तथा तुरन्त नैं (४/१0000000 सेकेण्डमा) राइबुलोज-1,5 विसफास्फेटका साथ मिलेर एउटा अस्थाई यौगिकको निर्माण गर्छ। यस प्रकार बनाएको अस्थाई यौगिक जो ५-कार्बन सुगर छ शीघ्र नैं फास्फोग्लाइसेरिक एसिड (PGA)का २ अणुहरूमा टु्ट्छ। अब यहाँमा NADPH2 द्वारा हाइड्रोजन मुक्त गरिनेमा पीजीएलाई पीजीएएल (phosphoglyceric aldehyde)मा परिवर्तित गर्न दिन्छ। यस क्रियामा ऊर्जा एटीपीदेखि प्राप्त हुन्छ। यस प्रकार CO2देखि कार्बोहाइड्रेट्स निर्माण हुन्छन्।

C3 अनि C4 बोटहरू[सम्पादन गर्ने]

C4 बोटहरूमा कार्बनको स्थिरीकरण

प्रकाश-संश्लेषणको अंधेरी प्रक्रियामा जिन बोटहरूमा पहिलो स्थाई यौगिक फास्फोग्लिसरिक अम्ल बन्दछ तिनलाई C3 बोट भन्दछन्। फास्फोग्लिसरिक अम्ल एउटा ३ कार्बन वाला योगिक छ यस लागि यी बोटहरूको यस्तो नामकरण हो। जिन बोटहरूमा पहिलो स्थाई यौगिक ४ कार्बन वाला यौगिक बन्दछ उनको C4 बोट भन्दछन्। साधारणतः ४ कार्बन वाला यौगिक अक्सैलोएसिटिक अम्ल (ओएए) बन्दछ। पहिला यस्तो विश्वास गरिन्थ्यो कि प्रकाश-संश्लेषणमा कार्बनडाइअक्साइडका स्थिरीकरण वा यौगिकीकरणका समय केवल C3 वा केल्विन चक्र नैं हुन्थ्यो अर्थात पहिलो स्थाई यौगिक फास्फोग्लिसरिक अम्ल नैं बन्दछ। तर १९६६मा छच एवं स्लैकले बताएका छन् कार्बनडाइअक्साइडका स्थिरीकरणको एउटा अर्को पथ पनि हो। उनले उखु, मक्का, अमेरेन्थस आदि बोटहरूमा अध्ययन गर्न बताएका छन् फोस्फोइनोल पाइरूविक अम्ल जो कि ३ कार्बन विशिष्ठ यौगिक छ कार्बनडाइअक्साइडदेखि संयुक्त भएर ४ कार्बन विशिष्ठ यौगिक अक्सैलोएसिटिक अम्ल बनाउँछ। यस क्रियामा फोस्फोइनोल पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज इन्जाइम उत्प्रेरकको कार्य गर्दछ।

अवयव, तिनको स्रोत र कार्य[सम्पादन गर्ने]

क्लोरोफिल, प्रकाश-संश्लेषणको एउटा अवयव

प्रकाश-संश्नेषणको क्रियामा चार मुख्य अवयव छन्, जल, कार्बनडाइअक्साइड, प्रकाश एवं पर्ण हरिम। यी चारहरूको उपस्थिति यस क्रियाका लागि अति आवश्यक हुन्छ। यिनमादेखि जल एवं कार्बनडाइअक्साइडलाई प्रकाश-संश्लेषणको काँचो माल भन्दछन् किनभनें यिनको रचनात्मक अवयवहरू द्वारा नैं प्रकाश-संश्लेषणका मुख्य उत्पाद कार्बोहाइड्रेटको रचना हुन्छ। यी अवयवोलाई बोट आफ्नो छेउछाउका वातावरणदेखि ग्रहण गर्दछ।

कार्बनडाइअक्साइड प्रकाश-संश्लेषणको एउटा मुख्य अवयव तथा काँचो पदार्थ हो। वायुमण्डलमा कार्बनडाइअक्साइड ग्यास श्वसन, दहन, किण्वन, विघटन आदि क्रियाहरूका द्वारा मुक्त हुन्छ। वायुमा यसको मात्रा 0.0३ % देखि 0.0४ % हुन्छ। स्थलीय बोटहरू यसलाई सीधै नैं वायुदेखि ग्रहण गर्न लिन्छन्। यी बोटहरूको पातहरूमा साना छिद्र हुन्छन् जसलाई पर्णरन्ध्र भन्दछन्। कार्बनडाइअक्साइड यिनैं पर्णरन्ध्रहरूदेखि बोटहरूको पातहरूमा प्रवेश गर्दछ। जलमग्न बोटहरू जलमा घुली कार्बनडाइअक्साइडलाई आफ्नो शारीरिक सतहदेखि विसरणद्वारा ग्रहण गर्दछन्। जलमा कार्बनडाइअक्साइडको स्रोत जलीय जन्तु छन्, जसको श्वसनमा यो ग्यास उत्पन्न हुन्छ। जलका भीतर चट्टानहरूमा उपस्थित कार्बोनेट तथा बाइकार्बोनेटका विघटनदेखि पनि कार्बनडाइअक्साइड उत्पन्न हुन्छ जसलाई जलीय बोटहरू प्रकाश-संश्लेषणमा ग्रहण गर्दछन्। प्रकाश-संश्लेषणमा ग्लूकोज (C6H12O6) नामक कार्बोहाइड्रेटको निर्माण हुन्छ। यसमा कार्बन (C) तथा अक्सीजन (C) तत्वका परमाणु कार्बनडाइअक्साइड (CO2)देखि नैं प्राप्त हुन्छन्।

क्लोरोफिल क्लोरोफिल एउटा प्रोटीनयुक्त जटिल रासायनिक यौगिक हो। यो प्रकाश-संश्लेषणको मुख्य वर्णक हो। क्लोरोफिल ए तथा क्लोरोफिल बी दुई प्रकारको हुन्छ। यो सबै स्वपोषी हरिया बोटहरूका क्लोरोप्लास्टमा पाइन्छ। क्लोरोफिलका अणु सूर्यका प्रकाशीय ऊर्जालाई अवशोषित गर्न त्यसलाई रासायनिक ऊर्जामा रूपान्तरित गर्दछन्। सूर्यका प्रकाशीय ऊर्जालाई अवशोषित गरेर क्लोरोफिलको अणु उत्तेजित हुन्छन्। यदिन सक्रिय अणु जलका अणुहरूलाई H+ तथा OH- आयनमा विघटित गर्न दिन्छन्। यस प्रकार क्लोरोफिलका अणु प्रकाश-संश्लेषणको जैव-रसायनिक क्रियालाई प्रारम्भ गर्दछन्।

प्रकाश सूर्यको प्रकाश प्रकाश-संश्लेषणका लागि आवश्यक हुन्छ। बल्ब आदिका तीव्र कृत्रिम प्रकाशमा पनि प्रकाश-संश्लेषणको क्रिया हुन्छ। लाल रंगका प्रकाशमा यो क्रिया सबैभन्दा अधिक हुन्छ। रातोका पछि बैगनी रंगका प्रकाशमा यो क्रिया सबैभन्दा अधिक हुन्छ। यी दुइटै रंग क्लोरोफिलद्वारा सर्वाधिक अधिक मात्रामा अवशोषित गरिन्छन्। हरियो रङ्गलाई क्लोरोफिल पूर्ण प्रकार परावर्तित गर्न दिन्छन् अतः हर रंगका प्रकाशमा प्रकाश-संश्लेषणको क्रिया पूर्ण प्रकार रूक जान्छ।

जल जल प्रकाश-संश्लेषणको क्रियाको काँचो माल हो। स्थलीय बोटहरू यसलाई माटोदेखि जड़का मूलरोमहरू द्वारा अवशोषित गर्दछन्। जलीय बोटहरू आफ्नो जलका सम्पर्क भएका भागहरूको बाह्य सतहदेखि जलको अवशोषण गर्दछन्। अर्किड जस्तै उपररोही बोटहरू आफ्नो वायवीय मूलहरू द्वारा वायुमण्डलीय जलवाष्पलाई ग्रहण गर्दछन्। प्रकाश-संश्लेषणका प्रकाशीय अभिक्रियामा जलका प्रकाशीय विघटनदेखि अक्सीजन उत्पन्न हुन्छ। यही अक्सीजन उपपदार्थका रूपमा वातावरणमा मुक्त हुन्छ। अधेरी अभिक्रियामा बनने ग्लूकोजका अणुहरूमा हाइड्रोजन तत्वका अणु जलदेखि नैं प्राप्त हुन्छन्। प्रकाश-संश्लेषणका समय जल अप्रत्यक्ष रूपले पनि धेरै कार्य गर्दछ। यो जीवद्रव्यको क्रियाशीलता तथा इनजाइमको सक्रियतालाई बनाए राख्दछ।

प्रभावित गर्ने वाला कारक[सम्पादन गर्ने]

प्रकाश-संश्लेषणको क्रिया अनेक कारकहरू द्वारा प्रभावित हुन्छ। यसका केही कारक बाह्य हुन्छन् तथा केही आंतरिक। यसका अतिरिक्त केही सीमाबद्ध कारक पनि हुन्छन्। बाह्य कारण ती हुन्छन् जो प्रकृति र पर्यावरणमा स्थित हुँदै प्रकाश संश्लेषणलाई प्रभावित गर्दछन् जस्तै प्रकाश, चूँकि सूर्यका प्रकाशदेखि बोट यस क्रियाका लागि ऊर्जा प्राप्त गर्दछ तथा अंधेरेदेखि यो क्रिया सम्भव नैं छैन। कार्बनडाई अक्साइड, किन कि यस्तो देखिएको छ कि यदि अन्य सबै कारक बोटहरूलाई उच्चतम मात्रामा प्राप्त होउन् तथा वायुमण्डलमा CO2को मात्रा बिस्तारै बढ़ाई जाये त प्रकाश-संश्लेषणको दर पनि बढ्न जान्छ। तापमान, क्यो कि देखिएको छ कि बोटहरूमा प्रकाश-संश्लेषणको क्रियाका लागि एउटा निश्चित तापक्रमको पनि आवश्यकता हुन्छ तथा जल,पानी फोटोकेमिकल प्रक्रियाहरूका अत्यंत आवश्यक छ र यो यस क्रियाका समय अनेक रासायनिक परिवर्तनहरूमा सहयोग गर्दछ। आंतरिक कारण ती हुन्छन् जो पातहरूमा स्थित हुँदै प्रकाश संश्लेषणको क्रियालाई प्रभावित गर्दछन् जस्तै- पर्ण हरिम वा क्लोरोफिल जसका द्वारा प्रकाश ऊर्जा रासायनिक ऊर्जामा परिवर्तित हुन्छ। प्ररस वा प्रोटोप्लाज्म जसमा पाए जाने विकर प्रकाश-संश्लेषणको क्रियालाई प्रभावित गर्दछन्। भोज्य पदार्थको जमाव, किन कि प्रकाश-संश्लेषणको क्रियामा बनाएको भोजन यदि स्थानीय कोशिकाहरूमा एकत्रित होता रहोस् त प्रकाश-संश्लेषणको दर धीमा हुन जान्छ। पातहरूको आंतरिक संरचना किन कि प्रकाश-संश्लेषणको दर पातहरूमा उपस्थित स्टोमेटा वा रंध्रहरूको संख्या तथा तिनको बंद एवं खुलनेका समयमा निर्भर गर्दछ। पातहरूको आयु, किन कि नयाँ पातहरूमा पुरानो पातहरूको अपक्षा प्रकाश-संश्लेषणको दर अधिक हुन्छ। यसका अतिरिक्त प्रकाश संश्लेषणलाई यी सबै वस्तुहरूको अलग-अलग गति पनि प्रभावित गर्दछ। जब प्रकाश संश्लेषणको एउटा क्रिया विभिन्न कारकहरू द्वारा नियन्त्रित हुन्छ तब प्रकाश संश्लेषणको गति सबैभन्दा मन्द कारकद्वारा नियन्त्रित हुन्छ। प्रकाश, कार्बनडाइअक्साइड, जल, क्लोरोफिल इत्यादिमा देखि जो पनि उचित परिमाणदेखि कम परिमाणमा हुन्छ, उ पूर्ण क्रियाको गतिलाई नियन्त्रित राख्दछ। यो कारक समय विशेषका लागि सीमाबद्ध कारक भनिन्छ।

सन्दर्भ[सम्पादन गर्ने]

  1. D.A. Bryant & N.-U. Frigaard (November 2006), "Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated", Trends Microbiol. 14(11): 488, doi 10.1016/j.tim.2006.09.001 
  2. राय, रामाज्ञा (मार्च १९९१), सुगम जीवन विज्ञान, कोलकाता: आरका प्रकाशन, p. १-४० 
  3. यादव, नारायण, रामनन्दन, विजय (मार्च २००३), अभिनव जीवन विज्ञान, कोलकाता: निर्मल प्रकाशन, p. १-४० 
  4. Nealson KH, Conrad PG (December 1999), "Life: past, present and future", Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 354(1392): 1923–39, PMID 10670014, doi: 10.1098/rstb.1999.0532 , <http://journals.royalsociety.org/content/7r10hqn3rp1g1vag/> 
  5. "World Consumption of Primary Energy by Energy Type and Selected Country Groups , 1980-2004" (XLS), July 31, 2006 
  6. Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P (July 1998), "Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components", Science (journal) 281(5374): 237–40, PMID 9657713, doi 10.1126/science.281.5374.237 
  7. "आवश्यक छ पर्यावरण संरक्षण" (एचटीएमएल) 
  8. "आधुनिक जीवन र पर्यावरण" (पीएचपी) 
  9. "मत्स्य पालन सम्बंधी जानकारी: भौतिक, रासायनिक एवं जैविक घटक" (एचटीएमएल) 
  10. "जैव ईंधन" 
  11. Muscatine L, Greene RW (1973), "Chloroplasts and algae as symbionts in molluscs", Int. Rev. Cytol. 36: 137–69, PMID 4587388 

बाह्य सूत्र[सम्पादन गर्ने]