પ્રકાશસંશ્લેષણનું વૈશ્વિક મહત્વ શું છે? પ્રકાશસંશ્લેષણનો અર્થ

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા એ પ્રકૃતિમાં થતી સૌથી મહત્વપૂર્ણ જૈવિક પ્રક્રિયાઓમાંની એક છે, કારણ કે તે તેના માટે આભાર છે કે પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીમાંથી કાર્બનિક પદાર્થો રચાય છે, અને આ ઘટનાને પ્રકાશસંશ્લેષણ કહેવામાં આવે છે. અને સૌથી અગત્યનું, પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન, એક પ્રકાશન થાય છે, જે આપણા અદ્ભુત ગ્રહ પર જીવનના અસ્તિત્વ માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની શોધનો ઇતિહાસ

પ્રકાશસંશ્લેષણની ઘટનાની શોધનો ઇતિહાસ ચાર સદીઓ પાછળ જાય છે, જ્યારે 1600 માં બેલ્જિયનના ચોક્કસ વૈજ્ઞાનિક જાન વેન હેલ્મોન્ટે એક સરળ પ્રયોગ કર્યો હતો. તેણે એક થેલીમાં વિલો ટ્વિગ (તેનું પ્રારંભિક વજન રેકોર્ડ કર્યા પછી) મૂક્યું જેમાં 80 કિલો પૃથ્વી પણ હતી. અને પછી પાંચ વર્ષ સુધી છોડને ફક્ત પાણીથી પુરું પાડવામાં આવ્યું. વૈજ્ઞાનિકની નવાઈ શું હતી જ્યારે, પાંચ વર્ષ પછી, છોડના વજનમાં 60 કિલોનો વધારો થયો, તે હકીકત હોવા છતાં કે પૃથ્વીના દળમાં માત્ર 50 ગ્રામનો ઘટાડો થયો, જ્યાંથી વજનમાં આટલો પ્રભાવશાળી વધારો થયો તે એક રહસ્ય જ રહ્યું. વૈજ્ઞાનિક

આગળનો મહત્વનો અને રસપ્રદ પ્રયોગ, જે પ્રકાશસંશ્લેષણની શોધનો પ્રસ્તાવના બની ગયો હતો, તે અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક જોસેફ પ્રિસ્ટલી દ્વારા 1771માં કરવામાં આવ્યો હતો (તે વિચિત્ર છે કે તેમના વ્યવસાયની પ્રકૃતિ દ્વારા, શ્રી પ્રિસ્ટલી એંગ્લિકન ચર્ચના પાદરી હતા. , પરંતુ તે એક ઉત્કૃષ્ટ વૈજ્ઞાનિક તરીકે ઇતિહાસમાં નીચે ગયો). શ્રી પ્રિસ્ટલીએ શું કર્યું? તેણે ઉંદરને હૂડ હેઠળ મૂક્યો અને પાંચ દિવસ પછી તે મૃત્યુ પામ્યો. પછી તેણે ફરીથી બીજો ઉંદર હૂડની નીચે મૂક્યો, પરંતુ આ વખતે ઉંદરની સાથે હૂડની નીચે ફુદીનાનો એક ટાંકો હતો અને પરિણામે ઉંદર જીવંત રહ્યો. પ્રાપ્ત પરિણામ વૈજ્ઞાનિકને વિચાર તરફ દોરી ગયું કે શ્વાસની વિરુદ્ધ ચોક્કસ પ્રક્રિયા છે. આ પ્રયોગનો બીજો મહત્વનો નિષ્કર્ષ એ હતો કે ઓક્સિજનની શોધ એ તમામ જીવો માટે મહત્વપૂર્ણ છે (પ્રથમ ઉંદર તેની ગેરહાજરીથી મૃત્યુ પામ્યો હતો, જ્યારે બીજો ટંકશાળના ટાંકાને કારણે બચી ગયો હતો, જેણે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઓક્સિજન બનાવ્યો હતો).

આમ, હકીકત સ્થાપિત થઈ હતી કે છોડના લીલા ભાગો ઓક્સિજન મુક્ત કરવામાં સક્ષમ છે. પછી, 1782 માં, સ્વિસ વૈજ્ઞાનિક જીન સેનેબિયરે સાબિત કર્યું કે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ લીલા છોડમાં વિઘટિત થાય છે - હકીકતમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણની બીજી બાજુ શોધાઈ. પછી, બીજા 5 વર્ષ પછી, ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક જેક્સ બૌસેન્ગોએ શોધ્યું કે છોડ કાર્બનિક પદાર્થોના સંશ્લેષણ દરમિયાન પાણીને શોષી લે છે.

અને પ્રકાશસંશ્લેષણની ઘટનાથી સંબંધિત વૈજ્ઞાનિક શોધોની શ્રેણીમાં અંતિમ તાર જર્મન વનસ્પતિશાસ્ત્રી જુલિયસ સૅક્સની શોધ હતી, જેણે 1864 માં સાબિત કર્યું કે કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો વપરાશ અને ઓક્સિજનનું પ્રમાણ 1:1 રેશિયોમાં થાય છે.

માનવ જીવનમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનું મહત્વ

જો તમે અલંકારિક રીતે કલ્પના કરો છો, તો કોઈપણ છોડના પાંદડાની તુલના નાની પ્રયોગશાળા સાથે કરી શકાય છે, જેની બારીઓ સની બાજુનો સામનો કરે છે. આ જ પ્રયોગશાળામાં, કાર્બનિક પદાર્થો અને ઓક્સિજનની રચના થાય છે, જે પૃથ્વી પર કાર્બનિક જીવનના અસ્તિત્વ માટેનો આધાર છે. છેવટે, ઓક્સિજન અને પ્રકાશસંશ્લેષણ વિના, જીવન પૃથ્વી પર અસ્તિત્વમાં નથી.

પરંતુ જો પ્રકાશસંશ્લેષણ જીવન અને ઓક્સિજનના પ્રકાશન માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, તો પછી લોકો (અને માત્ર લોકો જ નહીં) કેવી રીતે જીવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, રણમાં, જ્યાં ઓછામાં ઓછા લીલા છોડ હોય છે, અથવા, ઉદાહરણ તરીકે, ઔદ્યોગિક શહેરમાં જ્યાં વૃક્ષો દુર્લભ છે. હકીકત એ છે કે પાર્થિવ છોડ વાતાવરણમાં છોડવામાં આવતા ઓક્સિજનનો માત્ર 20% હિસ્સો ધરાવે છે, જ્યારે બાકીનો 80% સમુદ્ર અને સમુદ્રી શેવાળ દ્વારા છોડવામાં આવે છે, તે કોઈ કારણ નથી કે વિશ્વના મહાસાગરોને ક્યારેક "આપણા ગ્રહના ફેફસાં" કહેવામાં આવે છે. "

પ્રકાશસંશ્લેષણ સૂત્ર

પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સામાન્ય સૂત્ર નીચે પ્રમાણે લખી શકાય છે:

પાણી + કાર્બન ડાયોક્સાઇડ + પ્રકાશ > કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ + ઓક્સિજન

પ્રકાશસંશ્લેષણની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા માટેનું સૂત્ર આના જેવું દેખાય છે:

6CO 2 + 6H 2 O = C6H 12 O 6 + 6O 2

છોડ માટે પ્રકાશસંશ્લેષણનું મહત્વ

હવે છોડને પ્રકાશસંશ્લેષણની જરૂર કેમ પડે છે તે પ્રશ્નનો જવાબ આપવાનો પ્રયાસ કરીએ. હકીકતમાં, આપણા ગ્રહના વાતાવરણમાં ઓક્સિજન પૂરો પાડવો એ પ્રકાશસંશ્લેષણના એકમાત્ર કારણથી દૂર છે, આ જૈવિક પ્રક્રિયા માત્ર લોકો અને પ્રાણીઓ માટે જ નહીં, પરંતુ છોડ માટે પણ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કાર્બનિક પદાર્થો રચાય છે. છોડના જીવનનો આધાર બનાવે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણ કેવી રીતે થાય છે?

પ્રકાશસંશ્લેષણનું મુખ્ય એન્જિન હરિતદ્રવ્ય છે - છોડના કોષોમાં સમાયેલ એક વિશિષ્ટ રંગદ્રવ્ય, જે અન્ય વસ્તુઓની સાથે, વૃક્ષો અને અન્ય છોડના પાંદડાઓના લીલા રંગ માટે જવાબદાર છે. હરિતદ્રવ્ય એ એક જટિલ કાર્બનિક સંયોજન છે જેમાં એક મહત્વપૂર્ણ મિલકત પણ છે - સૂર્યપ્રકાશને શોષવાની ક્ષમતા. તેને શોષીને, તે હરિતદ્રવ્ય છે જે દરેક નાના પાંદડામાં, ઘાસના દરેક બ્લેડમાં અને દરેક શેવાળમાં સમાયેલ નાની બાયોકેમિકલ પ્રયોગશાળાને સક્રિય કરે છે. આગળ, પ્રકાશસંશ્લેષણ થાય છે (ઉપરનું સૂત્ર જુઓ), જે દરમિયાન પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ છોડ માટે જરૂરી કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને તમામ જીવંત વસ્તુઓ માટે જરૂરી ઓક્સિજનમાં પરિવર્તિત થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની પદ્ધતિઓ કુદરતની એક બુદ્ધિશાળી રચના છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણના તબક્કાઓ

ઉપરાંત, પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં બે તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે: પ્રકાશ અને શ્યામ. અને નીચે આપણે તેમાંના દરેક વિશે વિગતવાર લખીશું.

પ્રકાશસંશ્લેષણનો પ્રકાશ તબક્કો

આ તબક્કો થાઇલાકોઇડ્સ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. આ થિઆલાકોઇડ્સ શું છે? થાઇલાકોઇડ્સ ક્લોરોપ્લાસ્ટની અંદર જોવા મળે છે અને પટલ દ્વારા બંધાયેલ છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ તબક્કામાં પ્રક્રિયાઓનો ક્રમ આના જેવો દેખાય છે:

• પ્રકાશ હરિતદ્રવ્યના પરમાણુને અથડાવે છે અને લીલા રંગદ્રવ્ય દ્વારા શોષાય છે, જેના કારણે તે ઉત્તેજિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન જે આ પરમાણુમાં પ્રવેશ કરે છે તે ઉચ્ચ સ્તર પર જાય છે અને સંશ્લેષણ પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે.
• પાણીનું વિભાજન થાય છે, જે દરમિયાન પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોનના પ્રભાવ હેઠળ, હાઇડ્રોજન પરમાણુમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે પછીથી કાર્બોહાઇડ્રેટ્સના સંશ્લેષણ માટે વપરાય છે.
• પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ તબક્કાના છેલ્લા તબક્કામાં, એટીપી (એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ) નું સંશ્લેષણ થાય છે. એટીપી એ એક કાર્બનિક પદાર્થ છે જે જૈવિક પ્રક્રિયાઓમાં ઊર્જા સંચયકની ભૂમિકા ભજવે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણનો શ્યામ તબક્કો

પ્રકાશસંશ્લેષણનો આ તબક્કો ક્લોરોપ્લાસ્ટના સ્ટ્રોમામાં થાય છે. તે આ પ્રક્રિયા દરમિયાન છે કે ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે અને ગ્લુકોઝનું સંશ્લેષણ થાય છે. તમે નામ પરથી વિચારી શકો છો કે પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઘાટો તબક્કો ફક્ત અંધારામાં જ થાય છે. વાસ્તવમાં, આવું નથી, ગ્લુકોઝ સંશ્લેષણ ચોવીસ કલાક થાય છે, તે માત્ર એટલું જ છે કે આ તબક્કે પ્રકાશ ઉર્જાનો વપરાશ થતો નથી અને તેની જરૂર નથી.

પ્રકાશસંશ્લેષણ, વિડિઓ

અને છેલ્લે, પ્રકાશસંશ્લેષણ વિશે એક રસપ્રદ શૈક્ષણિક વિડિઓ.

પ્રકાશસંશ્લેષણનો અર્થ અને ભૂમિકા

ઊર્જાનો મુખ્ય સ્ત્રોત

પ્રકાશસંશ્લેષણ શબ્દનો શાબ્દિક અર્થ થાય છે પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ કોઈ વસ્તુની રચના અથવા એસેમ્બલી. સામાન્ય રીતે, પ્રકાશસંશ્લેષણ વિશે વાત કરતી વખતે, અમારો અર્થ એ પ્રક્રિયા છે કે જેના દ્વારા છોડ સૂર્યપ્રકાશમાં અકાર્બનિક કાચા માલમાંથી કાર્બનિક સંયોજનોનું સંશ્લેષણ કરે છે. બ્રહ્માંડના તમામ જીવન સ્વરૂપોને જીવનના વિકાસ અને જાળવણી માટે ઊર્જાની જરૂર છે. શેવાળ, ઉચ્ચ છોડ અને કેટલાક પ્રકારના બેક્ટેરિયા સીધા સૌર કિરણોત્સર્ગની ઊર્જાને પકડે છે અને તેનો ઉપયોગ મૂળભૂત પોષક તત્વોને સંશ્લેષણ કરવા માટે કરે છે. પ્રાણીઓને ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે સૂર્યપ્રકાશનો સીધો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તે ખબર નથી; તેથી, આખરે, આપણા ગ્રહ પરની તમામ મેટાબોલિક પ્રક્રિયાઓ માટે ઊર્જાનો સ્ત્રોત સૂર્ય છે, અને પૃથ્વી પરના જીવનના તમામ સ્વરૂપોને જાળવી રાખવા માટે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા જરૂરી છે.

આપણે અશ્મિભૂત ઇંધણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ - કોલસો, કુદરતી ગેસ, તેલ, વગેરે. આ તમામ ઇંધણ જમીન અને દરિયાઇ છોડ અથવા પ્રાણીઓના વિઘટનના ઉત્પાદનો સિવાય બીજું કંઈ નથી, અને તેમાં સંગ્રહિત ઊર્જા લાખો વર્ષો પહેલા સૂર્યપ્રકાશમાંથી મેળવવામાં આવી હતી. પવન અને વરસાદ પણ તેમની ઉત્પત્તિ સૌર ઊર્જાને આભારી છે, અને તેથી પવનચક્કીઓ અને હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક પાવર પ્લાન્ટ્સની ઊર્જા પણ આખરે સૌર કિરણોત્સર્ગને કારણે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ માર્ગ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીનું કાર્બન અને ઓક્સિજનમાં રૂપાંતર છે. એકંદર પ્રતિક્રિયાને CO2+H20 સમીકરણ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે? [CH20]+02

આ પ્રતિક્રિયામાં ઉત્પાદિત કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ પ્રારંભિક સામગ્રી કરતાં વધુ ઊર્જા ધરાવે છે, એટલે કે CO2 અને H20. આમ, સૂર્યની ઊર્જાને લીધે, ઊર્જા પદાર્થો (CO2 અને H20) ઊર્જા-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો - કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને ઓક્સિજનમાં રૂપાંતરિત થાય છે. સારાંશ સમીકરણ દ્વારા વર્ણવેલ વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓના ઉર્જા સ્તરને વોલ્ટમાં માપવામાં આવેલા રેડોક્સ સંભવિતતાના મૂલ્યો દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. સંભવિત મૂલ્યો દર્શાવે છે કે દરેક પ્રતિક્રિયામાં કેટલી ઉર્જા સંગ્રહિત અથવા વેડફાય છે. તેથી, પ્રકાશસંશ્લેષણને છોડની પેશીઓની રાસાયણિક ઊર્જામાં સૂર્યની તેજસ્વી ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા તરીકે ગણી શકાય.

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો વપરાશ થાય છે તે હકીકત હોવા છતાં વાતાવરણમાં CO2 ની સામગ્રી લગભગ સંપૂર્ણ રહે છે. હકીકત એ છે કે તમામ છોડ અને પ્રાણીઓ શ્વાસ લે છે. મિટોકોન્ડ્રિયામાં શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન, જીવંત પેશીઓ દ્વારા વાતાવરણમાંથી શોષાયેલ ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને અન્ય પેશીઓના ઘટકોને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે થાય છે, આખરે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણી ઉત્પન્ન કરે છે અને તેની સાથે ઊર્જાના પ્રકાશન સાથે. મુક્ત થયેલી ઉર્જા ઉચ્ચ-ઊર્જા સંયોજનોમાં સંગ્રહિત થાય છે - એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (ATP), જેનો ઉપયોગ શરીર દ્વારા તમામ મહત્વપૂર્ણ કાર્યો કરવા માટે થાય છે. આમ, શ્વસન કાર્બનિક પદાર્થો અને ઓક્સિજનના વપરાશ તરફ દોરી જાય છે અને ગ્રહ પર CO2 ની સામગ્રીમાં વધારો કરે છે. પૃથ્વીના ધોરણે, તમામ જીવંત જીવોમાં શ્વસન પ્રક્રિયાઓ અને કાર્બન ધરાવતા તમામ પ્રકારના બળતણના દહન પર પ્રતિ સેકન્ડ સરેરાશ 10,000 ટન 02 ખર્ચવામાં આવે છે. વપરાશના આ દરે, વાતાવરણમાંનો તમામ ઓક્સિજન લગભગ 3000 વર્ષમાં સુકાઈ જવો જોઈએ. સદભાગ્યે આપણા માટે, પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને ઓક્સિજનની રચના દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થો અને અણુ ઓક્સિજનનો વપરાશ સંતુલિત છે. આદર્શ પરિસ્થિતિઓમાં, લીલા છોડની પેશીઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર એ જ પેશીઓમાં શ્વસનના દર કરતાં લગભગ 30 ગણો વધારે છે, આમ પ્રકાશસંશ્લેષણ એ પૃથ્વી પર 02 ની સામગ્રીને નિયંત્રિત કરતું એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની શોધનો ઇતિહાસ

17મી સદીની શરૂઆતમાં. ફ્લેમિશ ચિકિત્સક વેન હેલ્મોન્ટે માટીના ટબમાં એક વૃક્ષ ઉગાડ્યું, જેને તેણે માત્ર વરસાદના પાણીથી જ પાણી આપ્યું. તેણે જોયું કે પાંચ વર્ષ પછી, વૃક્ષ મોટા કદમાં વિકસ્યું હતું, જોકે ટબમાં માટીનું પ્રમાણ વ્યવહારીક રીતે ઘટ્યું ન હતું. વેન હેલ્મોન્ટે કુદરતી રીતે તારણ કાઢ્યું હતું કે જે સામગ્રીમાંથી વૃક્ષનું નિર્માણ થયું છે તે સિંચાઈ માટે વપરાતા પાણીમાંથી આવ્યું છે. 1777 માં, અંગ્રેજ વનસ્પતિશાસ્ત્રી સ્ટીફન હેલ્સે એક પુસ્તક પ્રકાશિત કર્યું જેમાં એવું નોંધવામાં આવ્યું હતું કે છોડ મુખ્યત્વે વૃદ્ધિ માટે જરૂરી પોષક તત્વો તરીકે હવાનો ઉપયોગ કરે છે. તે જ સમયગાળા દરમિયાન, પ્રખ્યાત અંગ્રેજી રસાયણશાસ્ત્રી જોસેફ પ્રિસ્ટલી (તેઓ ઓક્સિજનની શોધ કરનારાઓમાંના એક હતા) એ દહન અને શ્વસન પર શ્રેણીબદ્ધ પ્રયોગો હાથ ધર્યા હતા અને તે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા હતા કે લીલા છોડ તમામ શ્વસન પ્રક્રિયાઓ કરવા સક્ષમ છે જે ઓક્સિજનમાં જોવા મળે છે. પ્રાણી પેશીઓ. પ્રિસ્ટલીએ હવાના બંધ જથ્થામાં મીણબત્તી સળગાવી, અને શોધ્યું કે પરિણામી હવા હવે દહનને ટેકો આપી શકતી નથી. આવા જહાજમાં મૂકેલો ઉંદર મરી ગયો. જો કે, ટંકશાળની ડાળી અઠવાડિયા સુધી હવામાં રહેવાનું ચાલુ રાખ્યું. નિષ્કર્ષમાં, પ્રિસ્ટલીએ શોધ્યું કે ટંકશાળના ટાંકણા દ્વારા પુનઃસ્થાપિત હવામાં, મીણબત્તી ફરીથી સળગવા લાગી અને ઉંદર શ્વાસ લઈ શકે છે. હવે આપણે જાણીએ છીએ કે જ્યારે મીણબત્તી સળગતી હતી, ત્યારે તે હવાના બંધ જથ્થામાંથી ઓક્સિજનનો વપરાશ કરતી હતી, પરંતુ પછી પ્રકાશસંશ્લેષણને કારણે હવા ફરીથી ઓક્સિજનથી સંતૃપ્ત થઈ હતી, જે ડાબી ટંકશાળના સ્પ્રિગમાં થાય છે. થોડા વર્ષો પછી, ડચ ડૉક્ટર ઈંગેનહાઉસે શોધ્યું કે છોડ માત્ર સૂર્યપ્રકાશમાં જ ઓક્સિજનનું ઓક્સિડેશન કરે છે અને માત્ર તેમના લીલા ભાગો જ ઓક્સિજનને મુક્ત કરે છે. જીન સેનેબિયર, જેમણે મંત્રી તરીકે સેવા આપી હતી, તેમણે ઇન્જેનહાઉસના ડેટાની પુષ્ટિ કરી અને સંશોધન ચાલુ રાખ્યું, જે દર્શાવે છે કે છોડ પોષક તત્ત્વો તરીકે પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરે છે. 19મી સદીની શરૂઆતમાં, અન્ય એક સ્વિસ સંશોધક, ડી નેબર્સે, એક તરફ છોડ દ્વારા શોષાયેલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને બીજી તરફ સંશ્લેષિત કાર્બનિક પદાર્થો અને ઓક્સિજન વચ્ચેના જથ્થાત્મક સંબંધોનો અભ્યાસ કર્યો. તેમના પ્રયોગોના પરિણામે, તેઓ એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે CO2 ના એસિમિલેશન દરમિયાન છોડ દ્વારા પણ પાણીનો વપરાશ થાય છે. 1817 માં, બે ફ્રેન્ચ રસાયણશાસ્ત્રીઓ, પેલ્ટિયર અને કેવાન્ટો, પાંદડામાંથી એક લીલા પદાર્થને અલગ કરીને તેને હરિતદ્રવ્ય કહે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસના ઈતિહાસમાં આગળનો મહત્વનો સીમાચિહ્ન 1845માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી રોબર્ટ મેયર દ્વારા આપવામાં આવેલ નિવેદન હતું કે લીલા છોડ સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઊર્જાને રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. છેલ્લી સદીના મધ્ય સુધીમાં વિકસિત પ્રકાશસંશ્લેષણ વિશેના વિચારો નીચેના સંબંધ દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:

લીલો છોડ

CO2 + H2 O + પ્રકાશ? O2 + org. પદાર્થો + રાસાયણિક ઊર્જા

પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ગ્રહણ કરાયેલ CO2 ની માત્રા અને 02 છોડવામાં આવેલા પ્રમાણનો ગુણોત્તર ફ્રેન્ચ પ્લાન્ટ ફિઝિયોલોજિસ્ટ બુસેન્ગો દ્વારા ચોક્કસ રીતે માપવામાં આવ્યો હતો. 1864 માં, તેમણે શોધ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ ગુણોત્તર, એટલે કે. શોષિત CO2 ના વોલ્યુમ અને રિલીઝ 02 ના વોલ્યુમનો ગુણોત્તર લગભગ એકતા સમાન છે. તે જ વર્ષે, જર્મન વનસ્પતિશાસ્ત્રી સાક્સ (જેમણે છોડમાં શ્વસનની શોધ પણ કરી હતી) એ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન સ્ટાર્ચ અનાજની રચનાનું નિદર્શન કર્યું. સૅક્સે લીલા પાંદડાને કેટલાક કલાકો સુધી અંધારામાં મૂક્યા જેથી તેઓ એકઠા કરેલા સ્ટાર્ચનો ઉપયોગ કરી શકે. પછી તે પાંદડાઓને પ્રકાશમાં લાવ્યો, પરંતુ દરેક પાંદડાના અડધા ભાગને જ પ્રકાશિત કર્યા, બાકીના અડધા પાંદડાને અંધારામાં છોડી દીધા. થોડા સમય પછી, આખા પાંદડાને આયોડિન વરાળથી સારવાર આપવામાં આવી. પરિણામે, પાંદડાનો પ્રકાશિત ભાગ ઘેરો જાંબલી બની ગયો, જે આયોડિન સાથે સ્ટાર્ચના સંકુલની રચના સૂચવે છે, જ્યારે પાંદડાના બીજા અડધા ભાગનો રંગ બદલાયો નથી. લીલા પાંદડાઓમાં ઓક્સિજન અને ક્લોરોપ્લાસ્ટના પ્રકાશન વચ્ચેનો સીધો સંબંધ, તેમજ ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ દ્વારા શોષાયેલા સ્પેક્ટ્રમ સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણની ક્રિયાના સ્પેક્ટ્રમના પત્રવ્યવહારની સ્થાપના 1880 માં એન્જેલમેન દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તેણે કાચની સ્લાઇડ પર સર્પાકાર રીતે સંકુચિત હરિતકણ સાથે ફિલામેન્ટસ લીલો શેવાળ મૂક્યો, તેને સફેદ પ્રકાશના સાંકડા અને વિશાળ બીમથી પ્રકાશિત કર્યો. શેવાળ સાથે, ઓક્સિજન સાંદ્રતા પ્રત્યે સંવેદનશીલ ગતિશીલ બેક્ટેરિયલ કોષોનું સસ્પેન્શન ગ્લાસ સ્લાઇડ પર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું. સ્લાઇડને હવા વગરના ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવી હતી અને તેને પ્રકાશિત કરવામાં આવી હતી. આ પરિસ્થિતિઓમાં, મોબાઇલ બેક્ટેરિયા તે ભાગમાં ખસેડવા જોઈએ જ્યાં 02 ની સાંદ્રતા વધારે હતી. થોડો સમય પસાર થયા પછી, નમૂનાની માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ તપાસ કરવામાં આવી અને બેક્ટેરિયાની વસ્તીના વિતરણની ગણતરી કરવામાં આવી. તે બહાર આવ્યું છે કે બેક્ટેરિયા ફિલામેન્ટસ શેવાળમાં લીલા પટ્ટાઓની આસપાસ કેન્દ્રિત હતા. પ્રયોગોની બીજી શ્રેણીમાં, એન્ગલમેને વિવિધ વર્ણપટની રચનાના બીમ સાથે શેવાળને પ્રકાશિત કરી, પ્રકાશ સ્ત્રોત અને માઇક્રોસ્કોપ સ્ટેજ વચ્ચે પ્રિઝમ સ્થાપિત કર્યું. આ કિસ્સામાં બેક્ટેરિયાની સૌથી વધુ સંખ્યા શેવાળના તે વિસ્તારોની આસપાસ સંચિત થાય છે જે સ્પેક્ટ્રમના વાદળી અને લાલ પ્રદેશોમાં પ્રકાશિત થાય છે. શેવાળમાં જોવા મળતા હરિતદ્રવ્ય વાદળી અને લાલ પ્રકાશને શોષી લે છે. તે સમય સુધીમાં તે પહેલેથી જ જાણીતું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે પ્રકાશનું શોષણ જરૂરી છે, એન્જેલમેને તારણ કાઢ્યું કે હરિતદ્રવ્ય સંશ્લેષણમાં રંગદ્રવ્ય તરીકે ભાગ લે છે જે સક્રિય ફોટોરિસેપ્ટર્સ છે. આપણી સદીની શરૂઆતમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ વિશેના જ્ઞાનનું સ્તર નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે.

CO2 + H2O + પ્રકાશ -O2 + સ્ટાર્ચ + રાસાયણિક ઊર્જા

તેથી, અમારી સદીની શરૂઆતમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણની કુલ પ્રતિક્રિયા પહેલેથી જ જાણીતી હતી. જો કે, બાયોકેમિસ્ટ્રી કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઘટાડાની પદ્ધતિઓને સંપૂર્ણ રીતે જાહેર કરવા માટે આટલા ઉચ્ચ સ્તરે ન હતી. કમનસીબે, એ સ્વીકારવું જ જોઇએ કે પ્રકાશસંશ્લેષણના કેટલાક પાસાઓ હજુ પણ ખરાબ રીતે સમજી શકાયા નથી. પ્રકાશની તીવ્રતા, તાપમાન, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સાંદ્રતા વગેરેના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરવા માટે લાંબા સમયથી પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની કુલ ઉપજ સુધી. જો કે આ અભ્યાસોમાં વનસ્પતિની વિવિધ જાતોની તપાસ કરવામાં આવી હતી, મોટા ભાગના માપ એક કોષી લીલા શેવાળ અને એકકોષીય ફ્લેગેલેટેડ શેવાળ યુગલેના પર કરવામાં આવ્યા હતા. ગુણાત્મક સંશોધન માટે સિંગલ-સેલ્ડ સજીવો વધુ અનુકૂળ છે, કારણ કે તેઓ સંપૂર્ણપણે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં તમામ પ્રયોગશાળાઓમાં ઉગાડવામાં આવે છે. તેમને એકસરખી રીતે સસ્પેન્ડ કરી શકાય છે, એટલે કે જલીય બફર સોલ્યુશનમાં સસ્પેન્ડ કરી શકાય છે, અને આવા સસ્પેન્શન અથવા સસ્પેન્શનની જરૂરી માત્રા આવા ડોઝમાં લઈ શકાય છે, જેમ કે સામાન્ય છોડ સાથે કામ કરતી વખતે. પ્રયોગો માટે ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ ઉચ્ચ છોડના પાંદડામાંથી શ્રેષ્ઠ રીતે અલગ છે. પાલકનો મોટાભાગે ઉપયોગ થાય છે કારણ કે તે ઉગાડવામાં સરળ છે અને તાજા પાંદડા સંશોધન માટે અનુકૂળ છે; વટાણા અને લેટીસના પાનનો ઉપયોગ ક્યારેક થાય છે.

CO2 પાણીમાં અત્યંત દ્રાવ્ય હોવાથી, અને O2 પાણીમાં પ્રમાણમાં અદ્રાવ્ય છે, બંધ સિસ્ટમમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન, આ સિસ્ટમમાં ગેસનું દબાણ બદલાઈ શકે છે. તેથી, પ્રકાશસંશ્લેષણ સિસ્ટમો પર પ્રકાશની અસરનો વારંવાર વોરબર્ગ રેસ્પિરેટરનો ઉપયોગ કરીને અભ્યાસ કરવામાં આવે છે, જે સિસ્ટમમાં O2 ના વોલ્યુમમાં થ્રેશોલ્ડ ફેરફારોને રેકોર્ડ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. વોરબર્ગ રેસ્પિરેટરનો સૌપ્રથમ ઉપયોગ 1920માં પ્રકાશસંશ્લેષણના સંબંધમાં થયો હતો. પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઓક્સિજનના વપરાશ અથવા પ્રકાશનને માપવા માટે, અન્ય ઉપકરણ - ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરવો વધુ અનુકૂળ છે. આ ઉપકરણ પોલેરોગ્રાફિક પદ્ધતિના ઉપયોગ પર આધારિત છે. ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિ લિટર 0.01 એમએમઓએલ જેટલી ઓછી સાંદ્રતા શોધવા માટે પૂરતું સંવેદનશીલ છે. ઉપકરણમાં એકદમ પાતળા પ્લેટિનમ વાયરના કેથોડનો સમાવેશ થાય છે, જેને હર્મેટિકલી એનોડ પ્લેટમાં દબાવવામાં આવે છે, જે સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં ડૂબેલા ચાંદીના વાયરની વીંટી છે. ઈલેક્ટ્રોડને મિશ્રણથી અલગ કરવામાં આવે છે જેમાં પ્રતિક્રિયા 02 સુધી અભેદ્ય પટલ દ્વારા થાય છે. પ્રતિક્રિયા પ્રણાલી પ્લાસ્ટિક અથવા કાચના વાસણમાં સ્થિત હોય છે અને તેને ફરતી બાર ચુંબક દ્વારા સતત હલાવવામાં આવે છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડના સંદર્ભમાં નકારાત્મક બને છે, સોલ્યુશનમાં ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રીતે ઘટે છે. 0.5 થી 0.8 V ના વોલ્ટેજ પર, વિદ્યુત પ્રવાહની તીવ્રતા દ્રાવણમાં ઓક્સિજનના આંશિક દબાણ પર રેખીય રીતે આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે, ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડ લગભગ 0.6 V ના વોલ્ટેજ પર સંચાલિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોડને યોગ્ય રેકોર્ડિંગ સિસ્ટમ સાથે જોડીને વિદ્યુત પ્રવાહ માપવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ સાથે ઇલેક્ટ્રોડને થર્મોસ્ટેટમાંથી પાણીના પ્રવાહથી સિંચાઈ કરવામાં આવે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ પર પ્રકાશ અને વિવિધ રસાયણોની અસરને માપવા માટે ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ થાય છે. વોરબર્ગ ઉપકરણ પર ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડનો ફાયદો એ છે કે ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડ તમને સિસ્ટમમાં O2 સામગ્રીમાં ફેરફારોને ઝડપથી અને સતત રેકોર્ડ કરવાની મંજૂરી આપે છે. બીજી બાજુ, વોરબર્ગ ઉપકરણમાં, વિવિધ પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ સાથે 20 જેટલા નમૂનાઓ એકસાથે તપાસી શકાય છે, જ્યારે ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોડ સાથે કામ કરતી વખતે, નમૂનાઓનું એક પછી એક વિશ્લેષણ કરવું પડે છે.

લગભગ 1930 ના દાયકાની શરૂઆત સુધી, ક્ષેત્રના ઘણા સંશોધકો માનતા હતા કે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રાથમિક પ્રતિક્રિયા એ કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું પ્રકાશ દ્વારા કાર્બન અને ઓક્સિજનમાં ભંગાણ છે, ત્યારબાદ અનેક ક્રમિક પ્રતિક્રિયાઓમાં પાણીનો ઉપયોગ કરીને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં કાર્બનનો ઘટાડો થાય છે. 1930 ના દાયકામાં બે મહત્વપૂર્ણ શોધોના પરિણામે દૃશ્ય બદલાયું. સૌપ્રથમ, બેક્ટેરિયાની પ્રજાતિઓ વર્ણવવામાં આવી હતી જે આ માટે પ્રકાશ ઊર્જાનો ઉપયોગ કર્યા વિના કાર્બોહાઇડ્રેટ્સને આત્મસાત કરવા અને સંશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ છે. પછી, ડચ માઇક્રોબાયોલોજિસ્ટ વેન નીલે બેક્ટેરિયામાં પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાઓની તુલના કરી અને બતાવ્યું કે કેટલાક બેક્ટેરિયા ઓક્સિજન છોડ્યા વિના પ્રકાશમાં CO2 ને આત્મસાત કરી શકે છે. આવા બેક્ટેરિયા માત્ર યોગ્ય હાઇડ્રોજન દાતા સબસ્ટ્રેટની હાજરીમાં જ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સક્ષમ હોય છે. વેન નીલે સૂચવ્યું કે લીલા છોડ અને શેવાળનું પ્રકાશસંશ્લેષણ એ એક ખાસ કેસ છે જ્યારે પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ઓક્સિજન પાણીમાંથી આવે છે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાંથી નહીં.

બીજી મહત્વની શોધ 1937માં કેમ્બ્રિજ યુનિવર્સિટીમાં આર. હીલ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. પાંદડાની પેશી હોમોજેનેટના વિભેદક સેન્ટ્રીફ્યુગેશનનો ઉપયોગ કરીને, તેણે શ્વસન કણોમાંથી પ્રકાશસંશ્લેષણ કણો (ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ) ને અલગ કર્યા. હિલ દ્વારા મેળવેલા ક્લોરોપ્લાસ્ટ જ્યારે પ્રકાશિત થાય ત્યારે તેઓ પોતાની જાતે ઓક્સિજન છોડતા ન હતા (કદાચ કારણ કે તેઓ અલગ થવા દરમિયાન નુકસાન પામ્યા હતા). જો કે, જો સસ્પેન્શનમાં પોટેશિયમ ફેરીઓક્સાલેટ અથવા પોટેશિયમ ફેરીસાયનાઇડ જેવા યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનારાઓ (ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો) ઉમેરવામાં આવે તો તેઓ પ્રકાશમાં ઓક્સિજન છોડવાનું શરૂ કરે છે. જ્યારે 02 નો એક પરમાણુ અલગ કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટના ચાર સમકક્ષ ફોટોકેમિકલ રીતે ઘટાડી દેવામાં આવ્યા હતા. પાછળથી એવું જાણવા મળ્યું કે ઘણા ક્વિનોન્સ અને રંગો પ્રકાશમાં ક્લોરોપ્લાસ્ટ દ્વારા ઘટાડે છે. જો કે, હરિતકણ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કુદરતી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર CO2 ને ઘટાડી શક્યા નથી. આ ઘટના, જેને હવે હિલ પ્રતિક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે રાસાયણિક સંભવિત ઢાળ સામે પાણીમાંથી બિન-શારીરિક ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો (હિલ રીએજન્ટ્સ) માં ઇલેક્ટ્રોનનું પ્રકાશ-પ્રેરિત સ્થાનાંતરણ છે. હિલ પ્રતિક્રિયાનું મહત્વ એ છે કે તેણે બે પ્રક્રિયાઓને અલગ કરવાની શક્યતા દર્શાવી છે - ઓક્સિજનની ફોટોકેમિકલ ઉત્ક્રાંતિ અને પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં ઘટાડો.

1941 માં કેલિફોર્નિયામાં, રુબેન અને કામેન દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત ઓક્સિજનના પ્રકાશન તરફ દોરી જતા પાણીનું વિઘટન કરવામાં આવ્યું હતું. તેઓએ 18 અણુ એકમો 180 નું દળ ધરાવતા ઓક્સિજનના આઇસોટોપથી સમૃદ્ધ પાણીમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ કોષો મૂક્યા હતા. કોષો દ્વારા પ્રકાશિત ઓક્સિજનની રચના પાણીને અનુરૂપ છે, પરંતુ CO2 નથી. વધુમાં, કામેન અને રુબેને કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ 18Oની શોધ કરી હતી, જે બાદમાં બેસેટ અને બેન્સન વિન દ્વારા સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમણે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રૂપાંતરણના માર્ગનો અભ્યાસ કર્યો હતો. કેલ્વિન અને તેના સહયોગીએ શોધી કાઢ્યું કે ખાંડમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઘટાડો શ્યામ એન્ઝાઈમેટિક પ્રક્રિયાઓના પરિણામે થાય છે, અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડના એક પરમાણુના ઘટાડા માટે ADPના બે અણુ અને ATPના ત્રણ અણુઓની જરૂર પડે છે. તે સમય સુધીમાં, પેશીઓના શ્વસનમાં એટીપી અને પાયરિડિન ન્યુક્લિયોટાઇડ્સની ભૂમિકા સ્થાપિત થઈ ગઈ હતી. 1951માં અલગ-અલગ ક્લોરોફિલ્સ દ્વારા ADP થી ATP માં પ્રકાશસંશ્લેષણ ઘટાડાની શક્યતા ત્રણ અલગ અલગ પ્રયોગશાળાઓમાં સાબિત થઈ હતી. 1954 માં, આર્નોન અને એલને પ્રકાશસંશ્લેષણનું નિદર્શન કર્યું - તેઓએ સ્પિનચ ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ દ્વારા છોડવામાં આવતા CO2 અને O2 નું એસિમિલેશન જોયું. પછીના દાયકામાં, સંશ્લેષણમાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફરમાં સામેલ ક્લોરોપ્લાસ્ટ પ્રોટીન - ફેરેડોક્સિન, પ્લાસ્ટોકયાનિન, ફેરોએટીપી રીડક્ટેઝ, સાયટોક્રોમ્સ વગેરેથી અલગ થવું શક્ય બન્યું.

આમ, તંદુરસ્ત લીલા પાંદડાઓમાં, ADP અને ATP પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ રચાય છે અને હાઇડ્રોબોન્ડની ઊર્જાનો ઉપયોગ ઉત્સેચકોની હાજરીમાં CO2 ને કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં ઘટાડવા માટે થાય છે, અને ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિ પ્રકાશ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.

મર્યાદિત પરિબળો

છોડમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાની તીવ્રતા, અથવા ઝડપ, સંખ્યાબંધ આંતરિક અને બાહ્ય પરિબળો પર આધારિત છે. આંતરિક પરિબળોમાં, પાંદડાની રચના અને તેમાં હરિતદ્રવ્યની સામગ્રી, હરિતકણમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉત્પાદનોના સંચયનો દર, ઉત્સેચકોનો પ્રભાવ, તેમજ જરૂરી અકાર્બનિક પદાર્થોની નાની સાંદ્રતાની હાજરી સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે. બાહ્ય પરિમાણો પાંદડા પર પડતા પ્રકાશની માત્રા અને ગુણવત્તા, આજુબાજુનું તાપમાન, છોડની નજીકના વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને ઓક્સિજનની સાંદ્રતા છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર રેખીય રીતે વધે છે, અથવા પ્રકાશની તીવ્રતાના વધારાના સીધા પ્રમાણમાં. જેમ જેમ પ્રકાશની તીવ્રતા વધુ વધે છે તેમ, પ્રકાશસંશ્લેષણમાં વધારો ઓછો અને ઓછો ઉચ્ચાર થતો જાય છે, અને જ્યારે પ્રકાશ 10,000 લક્સના ચોક્કસ સ્તરે પહોંચે છે ત્યારે અંતે તે બંધ થાય છે. પ્રકાશની તીવ્રતામાં વધુ વધારો પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને અસર કરતું નથી. સ્થિર પ્રકાશસંશ્લેષણ દરના પ્રદેશને પ્રકાશ સંતૃપ્તિ ક્ષેત્ર કહેવામાં આવે છે. જો તમે આ વિસ્તારમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર વધારવા માંગતા હો, તો તે પ્રકાશની તીવ્રતામાં ફેરફાર કરવાની જરૂર નથી, પરંતુ કેટલાક અન્ય પરિબળો છે. આપણા ગ્રહ પર ઘણા સ્થળોએ ઉનાળાના સ્પષ્ટ દિવસે પૃથ્વીની સપાટી પર પડતા સૂર્યપ્રકાશની તીવ્રતા આશરે 100,000 લક્સ છે. પરિણામે, છોડ માટે, ગાઢ જંગલોમાં અને છાયામાં ઉગતા છોડને બાદ કરતાં, આકસ્મિક સૂર્યપ્રકાશ તેમની પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રવૃત્તિને સંતૃપ્ત કરવા માટે પૂરતો છે (દૃશ્યમાન શ્રેણીના આત્યંતિક ભાગોને અનુરૂપ ક્વોન્ટાની ઊર્જા - વાયોલેટ અને લાલ - માત્ર અલગ પડે છે. બેના પરિબળ દ્વારા, અને આ શ્રેણીના તમામ ફોટોન, સિદ્ધાંતમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ શરૂ કરવામાં સક્ષમ છે).

ઓછી પ્રકાશની તીવ્રતાના કિસ્સામાં, 15 અને 25 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર સમાન છે. પ્રકાશની તીવ્રતા પર થતી પ્રતિક્રિયાઓ જે પ્રકાશ-મર્યાદિત પ્રદેશને અનુરૂપ હોય છે, જેમ કે સાચી ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ, તાપમાન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોતી નથી. જો કે, વધુ તીવ્રતા પર, 25°C પર પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર 15°C કરતાં ઘણો વધારે છે. પરિણામે, પ્રકાશ સંતૃપ્તિના ક્ષેત્રમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણનું સ્તર માત્ર ફોટોનના શોષણ પર જ નહીં, પણ અન્ય પરિબળો પર પણ આધારિત છે. સમશીતોષ્ણ આબોહવામાં મોટાભાગના છોડ 10 થી 35 ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાનમાં સારી રીતે કાર્ય કરે છે, 25 ડિગ્રી સેલ્સિયસની આસપાસનું તાપમાન સૌથી અનુકૂળ છે.

પ્રકાશની મર્યાદાના ક્ષેત્રમાં, CO2 ની સાંદ્રતામાં ઘટાડો સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર બદલાતો નથી. આના પરથી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ કે CO2 ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયામાં સીધો સામેલ છે. તે જ સમયે, ઉચ્ચ પ્રકાશની તીવ્રતા પર જે મર્યાદિત ક્ષેત્રની બહાર સ્થિત છે, પ્રકાશસંશ્લેષણ CO2 સાંદ્રતામાં વધારો સાથે નોંધપાત્ર રીતે વધે છે. કેટલાક અનાજ પાકોમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ રેખીય રીતે વધ્યું કારણ કે CO2 સાંદ્રતા વધીને 0.5% થઈ ગઈ. (આ માપન ટૂંકા ગાળાના પ્રયોગોમાં કરવામાં આવ્યું હતું, કારણ કે CO2 ની ઊંચી સાંદ્રતાના લાંબા ગાળાના સંપર્કમાં શીટ્સને નુકસાન થાય છે). પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર લગભગ 0.1% ની CO2 સામગ્રી પર ઉચ્ચ મૂલ્યો સુધી પહોંચે છે. વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડની સરેરાશ સાંદ્રતા 0.03% છે. તેથી, સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, છોડ પર પડતા સૂર્યપ્રકાશનો મહત્તમ કાર્યક્ષમતા સાથે ઉપયોગ કરવા માટે તેમની પાસે પૂરતું CO2 નથી. જો બંધ જથ્થામાં મૂકવામાં આવેલ છોડને સંતૃપ્તિની તીવ્રતાના પ્રકાશથી પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે, તો હવાના જથ્થામાં CO2 સાંદ્રતા ધીમે ધીમે ઘટશે અને "CO2 વળતર બિંદુ" તરીકે ઓળખાતા સ્થિર સ્તરે પહોંચશે. આ બિંદુએ, પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન CO2 નો દેખાવ શ્વસન (શ્યામ અને પ્રકાશ) ના પરિણામે O2 ના પ્રકાશન દ્વારા સંતુલિત થાય છે. વિવિધ પ્રજાતિઓના છોડમાં, વળતર બિંદુઓની સ્થિતિ અલગ હોય છે.

પ્રકાશ અને શ્યામ પ્રતિક્રિયાઓ.

1905 માં, અંગ્રેજ વનસ્પતિશાસ્ત્રી એફ. એફ. બ્લેકમેને, પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ સંતૃપ્તિ વળાંકના આકારનું અર્થઘટન કરતા, સૂચવ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ એ બે તબક્કાની પ્રક્રિયા છે, જેમાં ફોટોકેમિકલનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે. પ્રકાશસંવેદનશીલ પ્રતિક્રિયા અને બિન-ફોટોકેમિકલ, એટલે કે શ્યામ, પ્રતિક્રિયા. શ્યામ પ્રતિક્રિયા, એન્ઝાઈમેટિક હોવાને કારણે, પ્રકાશની પ્રતિક્રિયા કરતાં વધુ ધીમેથી આગળ વધે છે, અને તેથી, ઉચ્ચ પ્રકાશની તીવ્રતા પર, પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર શ્યામ પ્રતિક્રિયાના દર દ્વારા સંપૂર્ણપણે નિર્ધારિત થાય છે. પ્રકાશ પ્રતિક્રિયા કાં તો તાપમાન પર બિલકુલ આધાર રાખતી નથી, અથવા આ અવલંબન ખૂબ જ નબળી રીતે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે, પછી શ્યામ પ્રતિક્રિયા, બધી એન્ઝાઇમેટિક પ્રક્રિયાઓની જેમ, તાપમાન પર એકદમ નોંધપાત્ર હદ સુધી આધાર રાખે છે. તે સ્પષ્ટપણે સમજવું જોઈએ કે પ્રતિક્રિયા, જેને શ્યામ કહેવાય છે, તે અંધારામાં અને પ્રકાશમાં બંને થઈ શકે છે. પ્રકાશ અને શ્યામ પ્રતિક્રિયાઓને એક સેકન્ડના સંક્ષિપ્ત અપૂર્ણાંકો સુધી ચાલતા પ્રકાશના ઝબકારોનો ઉપયોગ કરીને અલગ કરી શકાય છે. એક મિલીસેકન્ડ (10-3 સે) કરતા ઓછા સમય સુધી ચાલતા પ્રકાશના ઝબકારા કાં તો યાંત્રિક રીતે, સતત પ્રકાશના બીમના માર્ગમાં સ્લિટ સાથે ફરતી ડિસ્ક મૂકીને અથવા ઇલેક્ટ્રિકલી, કેપેસિટર ચાર્જ કરીને અને તેને ડિસ્ચાર્જ કરીને મેળવી શકાય છે. વેક્યુમ અથવા ગેસ-ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ. 694 nm ની કિરણોત્સર્ગ તરંગલંબાઇ ધરાવતા રૂબી લેસરો પણ પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. 1932માં, ઇમર્સન અને આર્નોલ્ડે લગભગ 10-3 સેકન્ડની અવધિ સાથે ગેસ-ડિસ્ચાર્જ લેમ્પમાંથી પ્રકાશના ઝબકારા સાથે સેલ સસ્પેન્શનને પ્રકાશિત કર્યું. તેઓએ ફ્લૅશની ઊર્જા, સામાચારો વચ્ચેના અંધારાના સમયગાળાની અવધિ અને સેલ સસ્પેન્શનના તાપમાનના આધારે ઓક્સિજનના પ્રકાશનનો દર માપ્યો. જેમ જેમ જ્વાળાઓની તીવ્રતા વધતી ગઈ તેમ, સામાન્ય કોષોમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ સંતૃપ્તિ ત્યારે થઈ જ્યારે 2500 હરિતદ્રવ્ય પરમાણુઓ દીઠ એક O2 પરમાણુ પ્રકાશિત થયું. ઇમર્સન અને આર્નોલ્ડે તારણ કાઢ્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણની મહત્તમ ઉપજ પ્રકાશને શોષી લેનારા હરિતદ્રવ્ય પરમાણુઓની સંખ્યા દ્વારા નહીં, પરંતુ અંધારી પ્રતિક્રિયાને ઉત્પ્રેરિત કરનારા એન્ઝાઇમ પરમાણુઓની સંખ્યા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. તેઓએ એ પણ શોધી કાઢ્યું કે જ્યારે ક્રમિક ફ્લૅશ વચ્ચેનો અંધારું અંતરાલ 0.06 સેકંડથી વધી જાય છે, ત્યારે ફ્લેશ દીઠ ઑક્સિજનનું આઉટપુટ શ્યામ અંતરાલની અવધિ પર નિર્ભર રહેતું નથી, જ્યારે ટૂંકા અંતરાલોમાં તે શ્યામ અંતરાલની વધતી અવધિ સાથે વધે છે (0 થી 0.06 સે). આમ, શ્યામ પ્રતિક્રિયા, જે પ્રકાશસંશ્લેષણનું સંતૃપ્તિ સ્તર નક્કી કરે છે, તે લગભગ 0.06 સેકન્ડમાં પૂર્ણ થાય છે. આ ડેટાના આધારે, એવી ગણતરી કરવામાં આવી હતી કે પ્રતિક્રિયા દરને દર્શાવતો સરેરાશ સમય 25°C પર લગભગ 0.02 સેકન્ડ હતો.

પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણનું માળખાકીય અને બાયોકેમિકલ સંગઠન

પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણના માળખાકીય અને કાર્યાત્મક સંગઠન વિશેના આધુનિક વિચારોમાં પ્લાસ્ટીડ્સની રાસાયણિક રચનાની લાક્ષણિકતાઓ, તેમના માળખાકીય સંગઠનની વિશિષ્ટતાઓ, આ ઓર્ગેનેલ્સના બાયોજેનેસિસની શારીરિક અને આનુવંશિક પેટર્ન અને તેમના સંબંધો સંબંધિત મુદ્દાઓની વિશાળ શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. કોષની અન્ય કાર્યાત્મક રચનાઓ સાથે. પાર્થિવ છોડમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રવૃત્તિનું વિશેષ અંગ પર્ણ છે, જ્યાં વિશિષ્ટ કોષ રચનાઓ સ્થાનીકૃત છે - ક્લોરોપ્લાસ્ટ, જેમાં રંગદ્રવ્યો અને અન્ય ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને રાસાયણિક સંભવિતમાં શોષણ અને રૂપાંતર કરવાની પ્રક્રિયા માટે જરૂરી છે. પાંદડા ઉપરાંત, વિધેયાત્મક રીતે સક્રિય હરિતકણ છોડના દાંડીઓ, પેટીઓલ્સ, ઓન અને ગ્લુમ્સમાં અને સંખ્યાબંધ છોડના પ્રકાશિત મૂળમાં પણ હાજર હોય છે. જો કે, તે પાંદડા હતા જે લાંબા ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન લીલા છોડના મુખ્ય કાર્ય - પ્રકાશસંશ્લેષણને કરવા માટે એક ખાસ અંગ તરીકે રચવામાં આવ્યા હતા, તેથી પાંદડાની શરીરરચના, હરિતદ્રવ્ય ધરાવતા કોષો અને પેશીઓનું સ્થાન, અન્ય લોકો સાથે તેમનો સંબંધ. પાંદડાની મોર્ફેમિક રચનાના ઘટકો પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાના સૌથી કાર્યક્ષમ અભ્યાસક્રમને આધિન છે, અને તેઓ પર્યાવરણીય તાણની પરિસ્થિતિઓમાં તીવ્ર ફેરફારોને આધિન છે.

આ સંદર્ભમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણના માળખાકીય અને કાર્યાત્મક સંગઠનની સમસ્યાને બે મુખ્ય સ્તરે ધ્યાનમાં લેવાની સલાહ આપવામાં આવે છે - પ્રકાશસંશ્લેષણના અંગ તરીકે પાંદડાના સ્તરે અને ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ, જ્યાં પ્રકાશસંશ્લેષણની સમગ્ર પદ્ધતિ કેન્દ્રિત છે.

પાંદડાના સ્તરે પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણનું સંગઠન તેના મેસોસ્ટ્રક્ચરના વિશ્લેષણના આધારે ગણી શકાય. "મેસોસ્ટ્રક્ચર" ની વિભાવના 1975 માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી. રાસાયણિક રચના, માળખાકીય સંસ્થા, આ ઓર્ગેનેલ્સના બાયોજેનેસિસની શારીરિક અને આનુવંશિક લાક્ષણિકતાઓ અને અન્ય કાર્યાત્મક રચનાઓ સાથેના તેમના સંબંધોની લાક્ષણિકતાઓ સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણની માળખાકીય અને કાર્યાત્મક લાક્ષણિકતાઓ વિશેના વિચારો અનુસાર, પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાનું વિશિષ્ટ અંગ છે. પર્ણ, જ્યાં વિશિષ્ટ રચનાઓ સ્થાનીકૃત છે - ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ જેમાં શોષણની પ્રક્રિયાઓ અને પ્રકાશને રાસાયણિક સંભવિતમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી રંગદ્રવ્યો હોય છે. વધુમાં, સક્રિય હરિતકણ કાનના દાંડી, ચાંદલા અને ગ્લુમ્સમાં અને કેટલાક છોડના મૂળના પ્રકાશિત ભાગોમાં પણ હોય છે. જો કે, તે પાંદડા હતા જે ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન લીલા છોડના મુખ્ય કાર્ય - પ્રકાશસંશ્લેષણ કરવા માટે એક વિશેષ અંગ તરીકે રચાયા હતા.

મેસોસ્ટ્રક્ચરમાં પાંદડા, ક્લોરેન્ચાઇમા અને ક્લેસોફિલના પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણની મોર્ફોફિઝીયોલોજીકલ લાક્ષણિકતાઓની સિસ્ટમનો સમાવેશ થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ મેસોસ્ટ્રક્ચરના મુખ્ય સૂચકાંકો

ટિકલ ઉપકરણ (એ.ટી. મોક્રોનોસોવ અનુસાર) સમાવેશ થાય છે: વિસ્તાર, કોષોની સંખ્યા, હરિતદ્રવ્ય, પ્રોટીન, કોષનું પ્રમાણ, કોષમાં હરિતકણની સંખ્યા, હરિતકણનું પ્રમાણ, ક્લોરોપ્લાસ્ટનો ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર અને તેની સપાટી. ઘણી વનસ્પતિ પ્રજાતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણની મેસોસ્ટ્રક્ચર અને કાર્યાત્મક પ્રવૃત્તિનું વિશ્લેષણ અભ્યાસ કરેલા પરિમાણોના સૌથી સામાન્ય મૂલ્યો અને વ્યક્તિગત લાક્ષણિકતાઓની વિવિધતાની મર્યાદાઓ નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે. આ માહિતી અનુસાર, પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણના મેસોસ્ટ્રક્ચરના મુખ્ય સૂચકાંકો (મોક્રોનોસોવ, 19B1):

હું - પર્ણ વિસ્તાર;

II - 1 સેમી 2 દીઠ કોષોની સંખ્યા,

III - 1 dm2 દીઠ હરિતદ્રવ્ય, કી ઉત્સેચકો પ્રતિ 1 dm2, કોષનું પ્રમાણ, હજાર માઇક્રોન, કોષમાં હરિતકણની સંખ્યા;

IV - ક્લોરોપ્લાસ્ટ વોલ્યુમ, ક્લોરોપ્લાસ્ટ પ્રોજેક્શન એરિયા, µm2, ક્લોરોપ્લાસ્ટ સપાટી, µm2.

એક પાંદડામાં ક્લોરોપ્લાસ્ટની સરેરાશ સંખ્યા કે જેણે વૃદ્ધિ પૂર્ણ કરી હોય તે સામાન્ય રીતે 10-30 સુધી પહોંચે છે, કેટલીક પ્રજાતિઓમાં તે 400 કરતાં વધી જાય છે. ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ વિવિધ પેશીઓના કોષોમાં 15 - 80 ટુકડાઓ પ્રતિ કોષની માત્રામાં કેન્દ્રિત છે. ક્લોરોપ્લાસ્ટનું સરેરાશ પ્રમાણ એક માઇક્રોન 2 છે. મોટાભાગના છોડમાં, તમામ ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સનું કુલ પ્રમાણ 10-20% છે, વુડી છોડમાં - સેલ વોલ્યુમના 35% સુધી. ક્લોરોપ્લાસ્ટની કુલ સપાટી અને પાંદડાના વિસ્તારનો ગુણોત્તર 3-8 ની રેન્જમાં છે. એક ક્લોરોપ્લાસ્ટ છાંયડો-પ્રેમાળ પ્રજાતિઓમાં ક્લોરોફિલ પરમાણુઓની અલગ સંખ્યા ધરાવે છે, તેમની સંખ્યા વધે છે. છોડના વિકાસની શારીરિક સ્થિતિ અને પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓના આધારે ઉપરોક્ત સૂચકાંકો નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે. એ.ટી. મોક્રોનોસોવના જણાવ્યા મુજબ, એક યુવાન પાંદડામાં, જ્યારે 50-80% પાંદડા દૂર કરવામાં આવે છે ત્યારે કોષમાં ક્લોરોપ્લાસ્ટની સંખ્યામાં વધારો તેમની વ્યક્તિગત પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરીને સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. વૃદ્ધિ, ડીફોલિએશન પછી પ્રકાશસંશ્લેષણમાં વધારો દરેક ક્લોરોપ્લાસ્ટની સંખ્યા બદલ્યા વિના વધેલી પ્રવૃત્તિને કારણે થાય છે. મેસોસ્ટ્રક્ચરના પૃથ્થકરણે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રકાશની પરિસ્થિતિઓમાં અનુકૂલન પુનઃરચનાનું કારણ બને છે જે પાંદડાના પ્રકાશ-શોષક ગુણધર્મોને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે.

ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સમાં અન્ય કોષ ઓર્ગેનેલ્સની તુલનામાં આંતરિક પટલની રચનાનું સંગઠન સૌથી વધુ હોય છે. તેમની રચનાઓના ક્રમની ડિગ્રીના સંદર્ભમાં, હરિતકણની માત્ર રેટિનાના રીસેપ્ટર કોશિકાઓ સાથે તુલના કરી શકાય છે, જે પ્રકાશ ઊર્જાને રૂપાંતરિત કરવાનું કાર્ય પણ કરે છે. ક્લોરોપ્લાસ્ટની આંતરિક રચનાના સંગઠનની ઉચ્ચ ડિગ્રી સંખ્યાબંધ બિંદુઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

1) પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રમાં ચાર્જ વિભાજનના પ્રાથમિક કૃત્યોના પરિણામે ઉદ્ભવતા ઘટાડેલા અને ઓક્સિડાઇઝ્ડ ફોટોપ્રોડક્ટના અવકાશી વિભાજનની જરૂરિયાત;

2) પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રના ઘટકોના કડક ક્રમની જરૂરિયાત, જ્યાં ઝડપી વહેતી ફોટોફિઝિયોલોજિકલ અને ધીમી એન્ઝાઇમેટિક પ્રતિક્રિયાઓ જોડાયેલી હોય છે: ફોટોએક્સાઇટેડ રંગદ્રવ્યના પરમાણુની ઊર્જાના રૂપાંતરને રાસાયણિક ઊર્જા સ્વીકારનારના સંબંધમાં તેના ચોક્કસ અભિગમની જરૂર છે, જે ચોક્કસ રચનાઓની હાજરીનું અનુમાન કરે છે જ્યાં રંગદ્રવ્ય અને સ્વીકારનાર એકબીજાની તુલનામાં સખત રીતે લક્ષી હોય છે;

3) ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળના અવકાશી સંગઠનને પટલમાં વાહકોની સુસંગત અને સખત લક્ષી સંસ્થાની જરૂર છે, જે ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનના ઝડપી અને નિયંત્રિત પરિવહનની શક્યતા પૂરી પાડે છે;

4) ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન અને એટીપી સંશ્લેષણને જોડવા માટે, ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સની ચોક્કસ સંગઠિત સિસ્ટમની જરૂર છે.

ઉર્જા પ્રક્રિયાઓના માળખાકીય આધાર તરીકે લિપોપ્રોટીન પટલ ઉત્ક્રાંતિના પ્રારંભિક તબક્કામાં ઉદ્ભવે છે, જે સૂચવે છે કે પટલના મુખ્ય લિપિડ ઘટકો - ફોસ્ફોલિપિડ્સ - ચોક્કસ જૈવિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ રચાયા હતા. લિપિડ સંકુલની રચનાએ તેમાં વિવિધ સંયોજનોનો સમાવેશ કરવાનું શક્ય બનાવ્યું, જે દેખીતી રીતે આ રચનાઓના પ્રાથમિક ઉત્પ્રેરક કાર્યો માટેનો આધાર હતો.

તાજેતરના વર્ષોમાં હાથ ધરવામાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી અભ્યાસોએ ઉત્ક્રાંતિના સૌથી નીચા તબક્કામાં સજીવોમાં સંગઠિત પટલ રચનાઓ શોધી કાઢી છે. કેટલાક બેક્ટેરિયામાં, નજીકથી ભરેલા ઓર્ગેનેલ્સના કોષોની પટલ પ્રકાશસંશ્લેષણ રચનાઓ કોષની પરિઘ સાથે સ્થિત છે અને સાયટોપ્લાઝમિક પટલ સાથે સંકળાયેલ છે; વધુમાં, લીલા શેવાળના કોશિકાઓમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા ડબલ બંધ પટલની સિસ્ટમ સાથે સંકળાયેલી છે - થાઇલાકોઇડ્સ, કોષના પેરિફેરલ ભાગમાં સ્થાનીકૃત. પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોના આ જૂથમાં, હરિતદ્રવ્ય પ્રથમ વખત દેખાય છે, અને વિશિષ્ટ ઓર્ગેનેલ્સ - ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ - ની રચના ક્રિપ્ટોફાઈટ શેવાળમાં થાય છે. તેમાં બે ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ હોય છે જેમાં એક થી અનેક થાઇલાકોઇડ હોય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણની સમાન રચના શેવાળના અન્ય જૂથોમાં જોવા મળે છે: લાલ, ભૂરા, વગેરે. ઉત્ક્રાંતિની પ્રક્રિયામાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાની પટલની રચના વધુ જટિલ બને છે.

ક્લોરોપ્લાસ્ટ અને ક્રાયોસ્કોપી તકનીકોના માઇક્રોસ્કોપિક અભ્યાસોએ ક્લોરોપ્લાસ્ટના ત્રિ-પરિમાણીય સંગઠનનું અવકાશી મોડેલ તૈયાર કરવાનું શક્ય બનાવ્યું. જે. હેસ્લોપ-હેરિસન (1964)નું દાણાદાર જાળીનું મોડેલ સૌથી વધુ જાણીતું છે.

આમ, પ્રકાશસંશ્લેષણ એ પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવો અને અન્ય સજીવો કે જેઓ સ્વતંત્ર રીતે કાર્બનિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ નથી તેમના જીવન માટે જરૂરી કાર્બનિક પદાર્થોના રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જામાં પ્રકાશ ઊર્જાને રૂપાંતરિત કરવાની એક જટિલ પ્રક્રિયા છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણ સમસ્યાઓનો અભ્યાસ, સામાન્ય જૈવિક સમસ્યાઓ ઉપરાંત, વ્યવહારિક મહત્વ પણ ધરાવે છે. ખાસ કરીને, પોષણની સમસ્યાઓ, અવકાશ સંશોધન માટે જીવન સહાયક પ્રણાલીઓની રચના અને વિવિધ બાયોટેકનિકલ ઉપકરણો બનાવવા માટે પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોનો ઉપયોગ સીધો પ્રકાશસંશ્લેષણ સાથે સંબંધિત છે.

સંદર્ભો

1. ડી. હલ, કે. રાવ “ફોટોસિન્થેસિસ”. એમ., 1983

2. મોક્રોનોસોવ એ.જી. "ફોટોસિન્થેટીક પ્રતિક્રિયા અને છોડના જીવતંત્રની અખંડિતતા." એમ., 1983

3. મોક્રોનોસોવ એ.જી., ગેવરીલેન્કો વી.એફ. "ફોટોસિન્થેસિસ: ફિઝિયોલોજિકલ, ઇકોલોજીકલ અને બાયોકેમિકલ પાસાઓ" એમ., 1992

4. "પ્રકાશસંશ્લેષણનું શરીરવિજ્ઞાન", ઇડી. નિચિપોરોવિચ એ.એ., એમ., 1982

5. સાંજે એ.એસ. "પ્લાન્ટ પ્લાસ્ટીડ્સ"

6. વિનોગ્રાડોવ એ.પી. "ઓક્સિજન આઇસોટોપ્સ અને પ્રકાશસંશ્લેષણ"

7. ગોડનેવ ટી.એન. "ક્લોરોફિલ અને તેની રચના."

8. ગુરિનોવિચ જી.પી., સેવચેન્કો એ.એન., સોલોવ્યોવ કે.એન. "ક્લોરોફિલ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી"

9. ક્રાસ્નોવ્સ્કી એ.એ. "પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રકાશ ઊર્જાનું રૂપાંતર"

પ્રકાશસંશ્લેષણ રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જામાં પ્રકાશ ઊર્જાના રૂપાંતરને કારણે અકાર્બનિકમાંથી કાર્બનિક સંયોજનોના સંશ્લેષણ માટેની પ્રક્રિયાઓનો સમૂહ છે. ફોટોટ્રોફિક સજીવોમાં લીલા છોડ, કેટલાક પ્રોકેરીયોટ્સ - સાયનોબેક્ટેરિયા, જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયા અને પ્લાન્ટ ફ્લેગેલેટ્સનો સમાવેશ થાય છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં સંશોધન 18મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં શરૂ થયું હતું. ઉત્કૃષ્ટ રશિયન વૈજ્ઞાનિક કે.એ. તિમિરિયાઝેવ દ્વારા એક મહત્વપૂર્ણ શોધ કરવામાં આવી હતી, જેમણે લીલા છોડની કોસ્મિક ભૂમિકાના સિદ્ધાંતને સમર્થન આપ્યું હતું. છોડ સૂર્યપ્રકાશને શોષી લે છે અને પ્રકાશ ઊર્જાને તેમના દ્વારા સંશ્લેષિત કાર્બનિક સંયોજનોના રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. આમ, તેઓ પૃથ્વી પર જીવનની જાળવણી અને વિકાસની ખાતરી કરે છે. વૈજ્ઞાનિકે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રકાશના શોષણમાં હરિતદ્રવ્યની ભૂમિકાને સૈદ્ધાંતિક રીતે સાબિત કરી અને પ્રાયોગિક રીતે સાબિત કરી.

હરિતદ્રવ્ય મુખ્ય પ્રકાશસંશ્લેષણ રંગદ્રવ્યો છે. તેઓ હિમોગ્લોબિન જેવા બંધારણમાં સમાન છે, પરંતુ આયર્નને બદલે મેગ્નેશિયમ ધરાવે છે. હરિતદ્રવ્યના પરમાણુઓના સંશ્લેષણને સુનિશ્ચિત કરવા માટે આયર્નનું પ્રમાણ જરૂરી છે. ત્યાં ઘણા હરિતદ્રવ્ય છે જે તેમની રાસાયણિક રચનામાં ભિન્ન છે. તમામ ફોટોટ્રોફ માટે ફરજિયાત છે હરિતદ્રવ્ય એ . હરિતદ્રવ્યb લીલા છોડમાં જોવા મળે છે હરિતદ્રવ્ય c - ડાયાટોમ્સ અને બ્રાઉન શેવાળમાં. હરિતદ્રવ્ય ડી લાલ શેવાળની ​​લાક્ષણિકતા.

લીલા અને જાંબલી પ્રકાશસંશ્લેષણના બેક્ટેરિયામાં ખાસ હોય છે બેક્ટેરિયોક્લોરોફિલ્સ . બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ છોડ પ્રકાશસંશ્લેષણ સાથે ઘણું સામ્ય ધરાવે છે. તે અલગ છે કે બેક્ટેરિયામાં હાઇડ્રોજન દાતા હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ છે, અને છોડમાં તે પાણી છે. લીલા અને જાંબલી બેક્ટેરિયામાં ફોટોસિસ્ટમ II નથી. બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઓક્સિજનના પ્રકાશન સાથે નથી. બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટેનું એકંદર સમીકરણ છે:

6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.

પ્રકાશસંશ્લેષણ રેડોક્સ પ્રક્રિયા પર આધારિત છે. તે સંયોજનોમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ સાથે સંકળાયેલું છે જે ઇલેક્ટ્રોન-દાતાઓને સંયોજનોને સપ્લાય કરે છે જે તેમને સ્વીકારે છે - સ્વીકારનારા. પ્રકાશ ઊર્જા સંશ્લેષિત કાર્બનિક સંયોજનો (કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ) ની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.

ક્લોરોપ્લાસ્ટની પટલ પર ખાસ રચનાઓ છે - પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રો જેમાં ક્લોરોફિલ હોય છે. લીલા છોડ અને સાયનોબેક્ટેરિયામાં બે છે ફોટોસિસ્ટમ – પ્રથમ (હું) અને બીજું (II) , જે વિવિધ પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રો ધરાવે છે અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર સિસ્ટમ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણના બે તબક્કા

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં બે તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે: પ્રકાશ અને શ્યામ.

વિશિષ્ટ રચનાઓના પટલમાં મિટોકોન્ડ્રિયાના આંતરિક પટલ પર પ્રકાશની હાજરીમાં જ થાય છે - થાઇલાકોઇડ્સ . પ્રકાશસંશ્લેષણ રંગદ્રવ્યો પ્રકાશ ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ) મેળવે છે. આ ક્લોરોફિલ પરમાણુના ઇલેક્ટ્રોનમાંથી એકની "ઉત્તેજના" તરફ દોરી જાય છે. વાહક પરમાણુઓની મદદથી, ઇલેક્ટ્રોન થાઇલાકોઇડ પટલની બાહ્ય સપાટી પર ખસે છે, ચોક્કસ સંભવિત ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે.

આ ઇલેક્ટ્રોન ઇન ફોટોસિસ્ટમ I તેના ઉર્જા સ્તર પર પાછા આવી શકે છે અને તેને પુનઃસ્થાપિત કરી શકે છે. NADP (નિકોટિનામાઇડ એડેનાઇન ડાયન્યુક્લિયોટાઇડ ફોસ્ફેટ) પણ પ્રસારિત થઈ શકે છે. હાઇડ્રોજન આયનો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને, ઇલેક્ટ્રોન આ સંયોજનને પુનઃસ્થાપિત કરે છે. ઘટાડો NADP (NADP H) વાતાવરણીય CO 2 ને ગ્લુકોઝમાં ઘટાડવા માટે હાઇડ્રોજનનો પુરવઠો પૂરો પાડે છે.

માં સમાન પ્રક્રિયાઓ થાય છે ફોટોસિસ્ટમ II . ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોનને ફોટોસિસ્ટમ I માં સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે અને તેને પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે. ફોટોસિસ્ટમ II ની પુનઃસ્થાપના પાણીના અણુઓ દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવતા ઇલેક્ટ્રોનને કારણે થાય છે. પાણીના અણુઓ વિભાજિત થાય છે (પાણીનું ફોટોલિસિસ) હાઇડ્રોજન પ્રોટોન અને મોલેક્યુલર ઓક્સિજનમાં, જે વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોનનો ઉપયોગ ફોટોસિસ્ટમ II પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે થાય છે. પાણી ફોટોલિસિસ સમીકરણ:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

જ્યારે થાઇલેકોઇડ પટલની બાહ્ય સપાટીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન પાછલા ઉર્જા સ્તર પર પાછા ફરે છે, ત્યારે ઊર્જા મુક્ત થાય છે. તે એટીપી અણુઓના રાસાયણિક બોન્ડના સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે, જે બંને ફોટોસિસ્ટમમાં પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન સંશ્લેષણ થાય છે. ADP અને ફોસ્ફોરિક એસિડ સાથે ATP સંશ્લેષણની પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે ફોટોફોસ્ફોરાયલેશન . કેટલીક ઉર્જાનો ઉપયોગ પાણીનું બાષ્પીભવન કરવા માટે થાય છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ તબક્કા દરમિયાન, ઊર્જા-સમૃદ્ધ સંયોજનો રચાય છે: ATP અને NADP H. પાણીના અણુઓના ભંગાણ (ફોટોલિસિસ) દરમિયાન, મોલેક્યુલર ઓક્સિજન વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે.

ક્લોરોપ્લાસ્ટના આંતરિક વાતાવરણમાં પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. તેઓ પ્રકાશની હાજરીમાં અને તેના વિના બંને થઈ શકે છે. પ્રકાશ તબક્કામાં રચાયેલી ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને કાર્બનિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે (C0 2 ગ્લુકોઝમાં ઘટાડો થાય છે).

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઘટાડવાની પ્રક્રિયા ચક્રીય છે અને તેને કહેવામાં આવે છે કેલ્વિન ચક્ર . અમેરિકન સંશોધક એમ. કેલ્વિનનું નામ આપવામાં આવ્યું છે, જેમણે આ ચક્રીય પ્રક્રિયાની શોધ કરી હતી.

રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ સાથે વાતાવરણીય કાર્બન ડાયોક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા સાથે ચક્ર શરૂ થાય છે. પ્રક્રિયા એન્ઝાઇમ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે કાર્બોક્સિલેઝ . રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ એ બે ફોસ્ફોરિક એસિડ એકમો સાથે જોડાયેલી પાંચ-કાર્બન ખાંડ છે. સંખ્યાબંધ રાસાયણિક પરિવર્તન થાય છે, જેમાંથી દરેક તેના પોતાના ચોક્કસ એન્ઝાઇમ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણનું અંતિમ ઉત્પાદન કેવી રીતે બને છે? ગ્લુકોઝ , અને રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ પણ ઘટે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા માટેનું એકંદર સમીકરણ છે:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા માટે આભાર, સૂર્યમાંથી પ્રકાશ ઊર્જા શોષાય છે અને સંશ્લેષિત કાર્બોહાઇડ્રેટ્સના રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. ફૂડ ચેન દ્વારા હેટરોટ્રોફિક સજીવોમાં ઊર્જાનું ટ્રાન્સફર થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ શોષાય છે અને ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે. તમામ વાતાવરણીય ઓક્સિજન પ્રકાશસંશ્લેષણ મૂળના છે. દર વર્ષે 200 બિલિયન ટનથી વધુ ફ્રી ઓક્સિજન છોડવામાં આવે છે. ઓક્સિજન વાતાવરણમાં ઓઝોન કવચ બનાવીને અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગથી પૃથ્વી પરના જીવનનું રક્ષણ કરે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બિનઅસરકારક છે, કારણ કે માત્ર 1-2% સૌર ઊર્જા સંશ્લેષિત કાર્બનિક પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે છોડ પ્રકાશને પૂરતા પ્રમાણમાં શોષી શકતા નથી, તેનો ભાગ વાતાવરણ વગેરે દ્વારા શોષાય છે. મોટાભાગનો સૂર્યપ્રકાશ પૃથ્વીની સપાટી પરથી અવકાશમાં પાછું પ્રતિબિંબિત થાય છે.

બાયોસ્ફિયરમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ એ એકમાત્ર પ્રક્રિયા છે જે બાહ્ય સ્ત્રોતને કારણે તેની મુક્ત ઊર્જામાં વધારો તરફ દોરી જાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણના ઉત્પાદનોમાં સંગ્રહિત ઊર્જા માનવતા માટે ઊર્જાનો મુખ્ય સ્ત્રોત છે.

દર વર્ષે, પ્રકાશસંશ્લેષણના પરિણામે, પૃથ્વી પર 150 અબજ ટન કાર્બનિક પદાર્થો રચાય છે અને લગભગ 200 મિલિયન ટન મુક્ત ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણમાં સામેલ ઓક્સિજન, કાર્બન અને અન્ય તત્વોનું ચક્ર પૃથ્વી પરના જીવન માટે જરૂરી વાતાવરણની વર્તમાન રચનાને જાળવી રાખે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ CO2 સાંદ્રતામાં વધારો અટકાવે છે, કહેવાતી "ગ્રીનહાઉસ અસર" ને કારણે પૃથ્વીને વધુ ગરમ થવાથી અટકાવે છે.

લીલા છોડ અન્ય તમામ હેટરોટ્રોફિક સજીવોના પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ પોષક આધારનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, તેથી પ્રકાશસંશ્લેષણ આપણા ગ્રહ પરની તમામ જીવંત ચીજોની ખોરાકની જરૂરિયાતોને સંતોષે છે. તે કૃષિ અને વનસંવર્ધનનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ આધાર છે. જો કે તેને પ્રભાવિત કરવાની શક્યતાઓ હજુ સુધી મહાન નથી, તેમ છતાં તે હજુ પણ અમુક અંશે ઉપયોગમાં લેવાય છે. હવામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડની સાંદ્રતા 0.1% (કુદરતી વાતાવરણમાં 0.3% વિરુદ્ધ) વધારીને, ઉદાહરણ તરીકે, કાકડીઓ અને ટામેટાંની ઉપજ ત્રણ ગણી કરવી શક્ય બન્યું.

પાંદડાની સપાટીનું ચોરસ મીટર એક કલાકમાં લગભગ એક ગ્રામ ખાંડ ઉત્પન્ન કરે છે; આનો અર્થ એ છે કે તમામ છોડ, એક અંદાજ મુજબ, વાતાવરણમાંથી દર વર્ષે 100 થી 200 અબજ ટન C દૂર કરે છે. આ રકમનો લગભગ 60% જંગલો દ્વારા શોષાય છે, જમીનની સપાટીનો 30% બરફથી ઢંકાયેલો નથી, 32% ખેતીની જમીનો દ્વારા અને બાકીનો 8% મેદાનો અને રણ વિસ્તારોના છોડ તેમજ શહેરો અને નગરો દ્વારા શોષાય છે.

લીલો છોડ માત્ર કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરવા અને ખાંડ બનાવવા માટે સક્ષમ નથી, પરંતુ નાઇટ્રોજન સંયોજનો અને સલ્ફર સંયોજનોને તેના શરીરને બનાવેલા પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે પણ સક્ષમ છે. રુટ સિસ્ટમ દ્વારા, છોડ જમીનના પાણીમાં ઓગળેલા નાઈટ્રેટ આયનો મેળવે છે અને તેના કોષોમાં એમિનો એસિડમાં પ્રક્રિયા કરે છે - જે તમામ પ્રોટીન સંયોજનોના મુખ્ય ઘટકો છે. ચરબીના ઘટકો પણ ચયાપચય અને ઊર્જા પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન રચાયેલા સંયોજનોમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે. ફેટી એસિડ અને ગ્લિસરોલ ચરબી અને તેલ ઉત્પન્ન કરે છે, જે મુખ્યત્વે છોડ માટે અનામત પદાર્થો તરીકે સેવા આપે છે. તમામ છોડના લગભગ 80% બીજમાં ઊર્જા-સમૃદ્ધ અનામત પદાર્થ તરીકે ચરબી હોય છે. બીજ, ચરબી અને તેલનું ઉત્પાદન કૃષિ અને ખાદ્ય ઉદ્યોગોમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણનો સૌથી આદિમ પ્રકાર હેલોબેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે જે ઉચ્ચ (30% સુધી) સોડિયમ ક્લોરાઇડ સામગ્રી સાથે વાતાવરણમાં રહે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સક્ષમ સૌથી સરળ જીવો પણ જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયા, તેમજ જાંબલી બિન-સલ્ફર બેક્ટેરિયા છે. આ સજીવોનું પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણ છોડ કરતાં ઘણું સરળ (માત્ર એક ફોટોસિસ્ટમ) છે; વધુમાં, તેઓ ઓક્સિજન છોડતા નથી કારણ કે તેઓ ઇલેક્ટ્રોનના સ્ત્રોત તરીકે પાણીને બદલે સલ્ફર સંયોજનોનો ઉપયોગ કરે છે. આ પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષણને બેક્ટેરિયલ કહેવામાં આવે છે. જો કે, સાયનોબેક્ટેરિયા (પાણીના ફોટોડિકોપોઝિશન અને ઓક્સિજનને મુક્ત કરવામાં સક્ષમ પ્રોકેરીયોટ્સ) પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણની વધુ જટિલ સંસ્થા ધરાવે છે - બે સંયુક્ત રીતે કામ કરતી ફોટોસિસ્ટમ્સ. છોડમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાઓ વિશિષ્ટ કોષ ઓર્ગેનેલ - ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં કરવામાં આવે છે.

બધા છોડ (શેવાળ અને શેવાળથી આધુનિક જીમ્નોસ્પર્મ્સ અને એન્જીયોસ્પર્મ્સ સુધી) પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉપકરણના માળખાકીય અને કાર્યાત્મક સંગઠનમાં સામાન્ય લક્ષણો ધરાવે છે. ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સ, અન્ય પ્લાસ્ટીડ્સની જેમ, છોડના કોષોમાં જ જોવા મળે છે. તેમની બાહ્ય પટલ સુંવાળી હોય છે, અને અંદરની પટલ અસંખ્ય ગણો બનાવે છે. તેમની વચ્ચે ગ્રાના નામના સંકળાયેલ પરપોટાના સ્ટેક્સ છે. તેમાં હરિતદ્રવ્યના દાણા હોય છે, એક લીલો રંગદ્રવ્ય જે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. એટીપી ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં ઉત્પન્ન થાય છે, અને પ્રોટીન સંશ્લેષણ પણ થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ રંગદ્રવ્યો:

પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રકાશ ક્વોન્ટાને શોષી લેનારા મુખ્ય રંગદ્રવ્યો હરિતદ્રવ્ય છે, એમજી-પોર્ફિરિન પ્રકૃતિના રંગદ્રવ્યો. રાસાયણિક બંધારણમાં ભિન્ન, હરિતદ્રવ્યના વિવિધ સ્વરૂપો શોધવામાં આવ્યા છે. હરિતદ્રવ્યના વિવિધ સ્વરૂપોનું શોષણ સ્પેક્ટ્રમ દૃશ્યમાન, અલ્ટ્રાવાયોલેટની નજીક અને સ્પેક્ટ્રમના નજીકના ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારોને આવરી લે છે (ઉચ્ચ છોડમાં 350 થી 700 એનએમ સુધી અને બેક્ટેરિયામાં 350 થી 900 એનએમ સુધી). હરિતદ્રવ્ય એ મુખ્ય રંગદ્રવ્ય છે અને તે તમામ સજીવોની લાક્ષણિકતા છે જે ઓક્સિજનનું કાર્ય કરે છે, એટલે કે, ઓક્સિજનના પ્રકાશન સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણ. લીલા અને યુગલેના શેવાળ, શેવાળ અને વેસ્ક્યુલર છોડ, હરિતદ્રવ્ય ઉપરાંત, હરિતદ્રવ્ય b ધરાવે છે, જેનું પ્રમાણ હરિતદ્રવ્ય a ની સામગ્રીના 1/4-1/5 છે. આ એક વધારાનું રંગદ્રવ્ય છે જે પ્રકાશ શોષણ સ્પેક્ટ્રમને વિસ્તૃત કરે છે. શેવાળના કેટલાક જૂથોમાં, મુખ્યત્વે બ્રાઉન અને ડાયટોમ્સમાં, હરિતદ્રવ્ય c વધારાના રંગદ્રવ્ય તરીકે કામ કરે છે, અને લાલ શેવાળમાં, હરિતદ્રવ્ય ડી. જાંબલી બેક્ટેરિયામાં બેક્ટેરિયોક્લોરોફિલ a અને b હોય છે, જ્યારે લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયામાં બેક્ટેરિયોક્લોરોફિલ a સાથે બેક્ટેરિયોક્લોરોફિલ c અને d હોય છે. સાયનોબેક્ટેરિયા અને લાલ શેવાળમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ યુકેરીયોટ્સ અને ફાયકોબિલિન્સ (ખુલ્લા ટેટ્રાપાયરોલ સ્ટ્રક્ચરવાળા રંગદ્રવ્યો) માં પ્રકાશ ઊર્જા - કેરોટીનોઇડ્સ (પોલીસોપ્રેનોઇડ પ્રકૃતિના રંગદ્રવ્યો) ના શોષણમાં અન્ય સાથેના રંગદ્રવ્યો પણ ભાગ લે છે. હેલોબેક્ટેરિયામાં, પ્લાઝ્મા મેમ્બ્રેનમાં જોવા મળતું એકમાત્ર રંગદ્રવ્ય જટિલ પ્રોટીન બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન છે, જે રાસાયણિક બંધારણમાં રેટિનાના દ્રશ્ય રંગદ્રવ્ય, રોડોપ્સિન જેવું જ છે.

કોષમાં, હરિતદ્રવ્યના પરમાણુઓ વિવિધ એકીકૃત (બાઉન્ડ) અવસ્થામાં હોય છે અને રંગદ્રવ્ય-લિપોપ્રોટીન સંકુલ બનાવે છે, અને પ્રકાશ ક્વોન્ટાના શોષણ અને ઊર્જા સ્થાનાંતરણની પ્રક્રિયામાં સામેલ અન્ય રંગદ્રવ્યોની સાથે, તેઓ પ્રકાશસંશ્લેષણ (થાઇલેકોઇડ) પટલના પ્રોટીન સાથે સંકળાયેલા હોય છે. , કહેવાતા પ્રકાશ-લણણી ક્લોરોફિલ-પ્રોટીન સંકુલ બનાવે છે. જેમ જેમ પરમાણુઓના એકત્રીકરણ અને પેકિંગની ઘનતા વધે છે તેમ, રંજકદ્રવ્યોનું મહત્તમ શોષણ સ્પેક્ટ્રમના લાંબા તરંગલંબાઇના પ્રદેશમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. પ્રકાશ ઊર્જાના શોષણમાં મુખ્ય ભૂમિકા ઊર્જા સ્થળાંતર પ્રક્રિયાઓમાં સામેલ ટૂંકા-તરંગ સ્વરૂપોની છે. રંગદ્રવ્યોના સ્પેક્ટ્રલ સમાન સ્વરૂપોની શ્રેણીના કોષમાં હાજરી, પ્રતિક્રિયા ફોટોકેમિકલ કેન્દ્રોમાં ઊર્જા સ્થાનાંતરણમાં ઉચ્ચ ડિગ્રી કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે, જ્યાં રંગદ્રવ્યોના સૌથી લાંબા તરંગલંબાઇ સ્વરૂપો સ્થિત છે, કહેવાતા ઊર્જા જાળની ભૂમિકા ભજવે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં બે ક્રમિક અને એકબીજા સાથે જોડાયેલા તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે: પ્રકાશ (ફોટોકેમિકલ) અને શ્યામ (મેટાબોલિક).

પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ તબક્કા દરમિયાન, ત્રણ પ્રક્રિયાઓ થાય છે:

• 1. પાણીના વિઘટનને કારણે ઓક્સિજનની રચના. તે વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે.
• 2. એટીપી સંશ્લેષણ.
• 3. કાર્બોહાઇડ્રેટ્સની રચનામાં સામેલ હાઇડ્રોજન અણુઓની રચના.

પ્રકાશસંશ્લેષણના શ્યામ તબક્કા દરમિયાન, નીચેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે:

• 1. કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું રૂપાંતર.
• 2. ગ્લુકોઝની રચના.

પ્રકાશસંશ્લેષણ રેડોક્સ પ્રક્રિયા પર આધારિત છે, જેના પરિણામે ઓક્સિજન (O2), તેમજ મોનોસેકરાઇડ્સ (ગ્લુકોઝ, વગેરે) ની રચના થાય છે, જે સ્ટાર્ચમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને છોડ દ્વારા સંગ્રહિત થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન, અન્ય કાર્બનિક સંયોજનોના મોનોમર્સનું પણ સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે - ફેટી એસિડ્સ, ગ્લિસરોલ, એમિનો એસિડ. પ્રકાશસંશ્લેષણનો અર્થ:

• 1. કાર્બનિક પદાર્થોની રચના સાથે મુક્ત સૌર ઊર્જાનું એસિમિલેશન અને રૂપાંતર, જે હેટરોટ્રોફિક સજીવો માટે ખોરાક છે.
• 2. વાતાવરણમાં મુક્ત ઓક્સિજનનું પ્રકાશન, જે તમામ જીવંત જીવોના શ્વસન માટે જરૂરી છે.
• 3. વાતાવરણીય હવામાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું એસિમિલેશન, જે જીવંત જીવો પર હાનિકારક અસર કરે છે.
• 4. સૂર્યપ્રકાશની ઉર્જામાંથી રૂપાંતરિત રાસાયણિક ઊર્જા સાથે પૃથ્વી પરના તમામ જીવોને પ્રદાન કરવું.

લીલો છોડ કોસ્મિક ભૂમિકા ભજવે છે, જે પૃથ્વી અને સૂર્ય પરના જીવન વચ્ચે મધ્યસ્થી તરીકે કામ કરે છે. છોડ સૂર્યના કિરણોની ઉર્જા મેળવે છે, જેના કારણે આપણા ગ્રહ પર તમામ જીવન અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ભવ્ય, કોસ્મિક સ્કેલ પર હાથ ધરવામાં આવેલી પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાએ આપણા ગ્રહના ચહેરાને ધરમૂળથી બદલી નાખ્યો છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે આભાર, સૌર ઊર્જા અવકાશમાં સંપૂર્ણપણે વિખેરાઈ નથી, પરંતુ કાર્બનિક પદાર્થોની રાસાયણિક ઊર્જાના સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ઓક્સિજન છોડવાની લીલા છોડની ક્ષમતાને કારણે, હવામાં ઓક્સિજનની ટકાવારી સતત જળવાઈ રહે છે. લીલા છોડ સિવાય, પ્રકૃતિમાં મુક્ત ઓક્સિજનનો બીજો કોઈ સ્ત્રોત નથી. તમામ પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ તબક્કાની ફોટોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ ખાસ ઉર્જા-રૂપાંતર કરતી પટલમાં થાય છે જેને થાઇલાકોઇડ મેમ્બ્રેન કહેવાય છે અને કહેવાતી ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળમાં ગોઠવાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની શ્યામ પ્રતિક્રિયાઓ થાઇલાકોઇડ પટલની બહાર થાય છે (પ્રોકેરીયોટ્સમાં સાયટોપ્લાઝમમાં અને છોડમાં ક્લોરોપ્લાસ્ટના સ્ટ્રોમામાં). આમ, પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રકાશ અને શ્યામ તબક્કાઓ અવકાશ અને સમયમાં અલગ પડે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણ એ લીલા છોડની જીવન પ્રક્રિયા છે, જે સૌર ઊર્જાના સંચય સાથે સંકળાયેલ બાયોસ્ફિયરમાં એકમાત્ર છે. તેનું મહત્વ પૃથ્વી પરના જીવનની વૈવિધ્યસભર જોગવાઈમાં રહેલું છે.

બાયોમાસ રચના

જીવંત વસ્તુઓ - છોડ, ફૂગ, બેક્ટેરિયા અને પ્રાણીઓ - કાર્બનિક પદાર્થો ધરાવે છે. કાર્બનિક પદાર્થોનો સંપૂર્ણ સમૂહ શરૂઆતમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન રચાય છે, જે ઓટોટ્રોફિક સજીવો - છોડ અને કેટલાક બેક્ટેરિયામાં થાય છે.

ચોખા. 1. ઓટો- અને હેટરોટ્રોફિક સજીવો.

હેટરોટ્રોફિક સજીવો, ખોરાક માટે છોડનો વપરાશ કરે છે, ગ્રહના કુલ બાયોમાસમાં વધારો કર્યા વિના માત્ર કાર્બનિક પદાર્થોમાં ફેરફાર કરે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની વિશિષ્ટતા એ છે કે કાર્બનિક પદાર્થોના સંશ્લેષણ દરમિયાન, સૌર ઊર્જા તેમના રાસાયણિક બોન્ડમાં સંગ્રહિત થાય છે. હકીકતમાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવો પૃથ્વી પર સૌર ઉર્જા “ટેથર” કરે છે.

જીવન આધાર

પ્રકાશસંશ્લેષણ સતત કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીમાંથી કાર્બનિક પદાર્થો ઉત્પન્ન કરે છે, જે વિવિધ પ્રાણીઓ અને મનુષ્યો માટે ખોરાક અને રહેઠાણ પ્રદાન કરે છે.

જીવંત જીવોના જીવનમાં વપરાતી તમામ ઊર્જા શરૂઆતમાં સૌર છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ પૃથ્વી પર આ ઊર્જાને ઠીક કરે છે અને તેને ગ્રહના તમામ રહેવાસીઓમાં પ્રસારિત કરે છે.

પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન સંગ્રહિત પદાર્થ અને ઊર્જાનો માનવો દ્વારા વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે:

ટોચના 3 લેખજેઓ આ સાથે વાંચે છે

• અશ્મિભૂત ઊર્જા સંસાધનો;
• લાકડું;
• કાચા માલ અને સૌંદર્યલક્ષી સંસાધનો તરીકે જંગલી છોડ;
• ખોરાક અને તકનીકી પાક ઉત્પાદનો.

1 હેક્ટર જંગલ અથવા ઉદ્યાન ઉનાળામાં 1 કલાકમાં 8 કિલો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ શોષી લે છે. આ રકમ બેસો લોકોને એક જ સમય માટે ફાળવવામાં આવે છે.

વાતાવરણ

પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાને કારણે વાતાવરણની રચના ચોક્કસ બદલાઈ ગઈ. ઓક્સિજનની માત્રામાં ધીમે ધીમે વધારો થયો, જીવોની ટકી રહેવાની ક્ષમતામાં વધારો થયો. શરૂઆતમાં, ઓક્સિજનની રચનામાં પ્રથમ ભૂમિકા લીલા શેવાળની ​​હતી, અને હવે જંગલોની.

ચોખા. 2. ઉત્ક્રાંતિ પ્રક્રિયા દરમિયાન વાતાવરણમાં O₂ સામગ્રીમાં ફેરફારનો આલેખ.

વાતાવરણમાં ઓક્સિજનની માત્રામાં વધારો થવાનું એક પરિણામ ઓઝોન સ્તરની રચના છે, જે જીવંત જીવોને હાનિકારક સૌર કિરણોત્સર્ગથી રક્ષણ આપે છે.

એવું માનવામાં આવે છે કે ઓઝોન સ્તરની રચના પછી જ જમીન પર જીવન શક્ય બન્યું.

પ્રકાશસંશ્લેષણ એ પૃથ્વી પરના જીવનના વિકાસમાં પ્રાથમિક સ્ત્રોત અને પરિબળ બંને છે.

હાલના તબક્કે પ્રકાશસંશ્લેષણના મહત્વએ એક નવું પાસું પ્રાપ્ત કર્યું છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ પરિવહન અને ઉદ્યોગમાં બળતણના દહનને કારણે હવામાં CO₂ સાંદ્રતામાં વધારો અટકાવે છે. આ ગ્રીનહાઉસ અસર ઘટાડે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની તીવ્રતા ચોક્કસ મર્યાદા સુધી CO₂ સાંદ્રતામાં વધારો સાથે વધે છે.

ચોખા. 3. હવામાં CO₂ સામગ્રીના આધારે પ્રકાશસંશ્લેષણનો ગ્રાફ.