What is the overall balanced chemical equation for oxygenic photosynthesis?

$6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$ — This equation represents plants using light, water, and carbon dioxide in the presence of chlorophyll to produce glucose and release oxygen.

Explain non-cyclic photophosphorylation (Z-scheme).

Non-cyclic photophosphorylation is a light-dependent reaction involving both Photosystem I and Photosystem II. Electrons flow from water to $\text{NADP}^+$, producing ATP and NADPH, and releasing oxygen. This process creates a proton gradient that drives ATP synthesis.

Photosynthesis in Higher Plants | Class 11 Boards Botany

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उच्च पादपों में प्रकाश-संश्लेषण

प्रकाश-संश्लेषण वह जैव-रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें हरे पौधे, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया प्रकाशीय ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इस प्रक्रिया में जल और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में हरित लवक (क्लोरोप्लास्ट) की सहायता से ग्लूकोज का निर्माण होता है और ऑक्सीजन का निष्कासन होता है। यह प्रक्रिया उत्पादकों के लिए जीवन का आधार है।

प्रकाश-संश्लेषण की परिभाषा एवं प्रकार

प्रकाश-संश्लेषण में प्रकाशीय ऊर्जा का रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरण होता है। यह एक अनाबोलिक (संश्लेषणात्मक) प्रक्रिया है जिसमें निर्माण होता है और ऊर्जा का उपभोग होता है। प्रकाश-संश्लेषण दो प्रकार का होता…

उच्च पादपों में प्रकाश-संश्लेषण

प्रकाश-संश्लेषण वह जैव-रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें हरे पौधे, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया प्रकाशीय ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इस प्रक्रिया में जल और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में हरित लवक (क्लोरोप्लास्ट) की सहायता से ग्लूकोज का निर्माण होता है और ऑक्सीजन का निष्कासन होता है। यह प्रक्रिया उत्पादकों के लिए जीवन का आधार है।

प्रकाश-संश्लेषण की परिभाषा एवं प्रकार

प्रकाश-संश्लेषण में प्रकाशीय ऊर्जा का रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरण होता है। यह एक अनाबोलिक (संश्लेषणात्मक) प्रक्रिया है जिसमें निर्माण होता है और ऊर्जा का उपभोग होता है। प्रकाश-संश्लेषण दो प्रकार का होता है:

अनऑक्सी प्रकाश-संश्लेषण: इसमें ऑक्सीजन का उत्सर्जन नहीं होता, जैसे सल्फर बैक्टीरिया।
ऑक्सी प्रकाश-संश्लेषण: इसमें ऑक्सीजन का उत्सर्जन होता है, जैसे हरे पौधे और शैवाल।

आवश्यक कारक एवं प्रयोग

प्रकाश-संश्लेषण के लिए आवश्यक कारकों को विभिन्न प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया गया है:

CO₂ की आवश्यकता: मोल का अधिपति प्रयोग, जिसमें पत्ते को बोतल में रखकर CO₂ की अनुपस्थिति में आयोडीन टेस्ट किया जाता है। बोतल के अंदर का भाग रंगहीन रहता है, जिससे सिद्ध होता है कि CO₂ आवश्यक है।
प्रकाश की आवश्यकता: काले कागज की पट्टी प्रयोग, जिसमें पत्ती के एक भाग को काले कागज से ढककर आयोडीन टेस्ट किया जाता है। ढके भाग में स्टार्च नहीं बनता।
पर्णहरिम की आवश्यकता: वेरिगेटेड पत्तियों (जैसे मीराबिलिस जलापा) में केवल हरे भाग में ही स्टार्च बनता है।

ऐतिहासिक प्रयोग एवं खोजें

प्रकाश-संश्लेषण के अध्ययन में कई वैज्ञानिकों के योगदान हैं:

प्रिस्टले: पौधे गंदी हवा (CO₂) को साफ हवा (O₂) में बदलते हैं।
इंगेनहाउस: केवल हरे पौधे और प्रकाश की उपस्थिति में यह प्रक्रिया होती है।
सैशियन: पौधों में भोजन का निर्माण ग्लूकोज के रूप में होता है, परिवहन सुक्रोज के रूप में और संचय स्टार्च के रूप में।
रूबेन और कामेन: ऑक्सीजन जल से उत्पन्न होती है, न कि CO₂ से।

प्रकाश-संश्लेषण की संरचना एवं वर्णक

पत्ती की अनुप्रस्थ काट में क्लोरोप्लास्ट की उपस्थिति होती है, जिसमें थाइलेकोइड झिल्ली और स्ट्रोमा होते हैं। थाइलेकोइड में वर्णक उपस्थित होते हैं:

फोटोसिंथेटिक वर्णक: क्लोरोफिल a, b, कैरोटिनॉइड्स।
अवशोषण स्पेक्ट्रम: क्लोरोफिल a नीले और लाल रंग का सर्वाधिक अवशोषण करता है, हरे रंग का न्यूनतम।
एक्शन स्पेक्ट्रम: नीले और लाल रंग में प्रकाश-संश्लेषण की दर सर्वाधिक होती है।

प्रकाश-संश्लेषण की अभिक्रियाएँ

प्रकाश-संश्लेषण दो मुख्य अभिक्रियाओं में विभाजित है:

प्रकाश अभिक्रिया (लाइट रिएक्शन): थाइलेकोइड में होती है, जल का फोटोलाइसिस होता है, ऑक्सीजन निकलती है, ATP और NADPH₂ बनते हैं।
डार्क रिएक्शन (लाइट इंडिपेंडेंट रिएक्शन/केल्विन चक्र): स्ट्रोमा में होती है, CO₂ का स्थिरीकरण होता है और ग्लूकोज बनता है।

मुख्य समीकरण:

6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{\text{प्रकाश}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O

फोटोसिस्टम्स एवं फोटॉस्फॉराइलेशन

थाइलेकोइड झिल्ली में दो प्रकार के फोटोसिस्टम होते हैं:

फोटोसिस्टम I (PS I): P700 रिएक्शन सेंटर, स्ट्रोमा की ओर।
फोटोसिस्टम II (PS II): P680 रिएक्शन सेंटर, ग्राना की ओर।

फोटॉस्फॉराइलेशन दो प्रकार की होती है:

नॉन-साइक्लिक फोटॉस्फॉराइलेशन: दोनों फोटोसिस्टम्स भाग लेते हैं, ATP, NADPH₂ और O₂ बनते हैं।
साइक्लिक फोटॉस्फॉराइलेशन: केवल PS I भाग लेता है, केवल ATP बनता है, NADPH₂ और O₂ नहीं बनते।

केल्विन चक्र (डार्क रिएक्शन)

केल्विन चक्र में CO₂ का स्थिरीकरण होता है। मुख्य एंजाइम रूबिस्को (RuBisCO) है, जो CO₂ और O₂ दोनों को जोड़ सकता है। चक्र की प्रमुख अवस्थाएँ:

CO₂ स्थिरीकरण: RuBP (राइबुलोज 1,5-बिस्फॉस्फेट) के साथ CO₂ जुड़ता है।
ATP और NADPH₂ का उपयोग: PGA (3-फॉस्फोग्लिसेरिक एसिड) से ट्रायोस फॉस्फेट बनता है।
ग्लूकोज निर्माण: छह चक्रों में एक ग्लूकोज बनता है।

फोटो-श्वसन (Photorespiration)

रूबिस्को की ऑक्सीजन जोड़ने की प्रवृत्ति के कारण फोटो-श्वसन होता है, जिससे CO₂ का ह्रास होता है और ऊर्जा की हानि होती है। इसमें क्लोरोप्लास्ट, पेरॉक्सिसोम और माइटोकॉन्ड्रिया तीनों कोशिकांग भाग लेते हैं। फोटो-श्वसन में 25% कार्बन का ह्रास होता है।

C₃, C₄ एवं CAM पादप

पौधों में CO₂ स्थिरीकरण के आधार पर तीन प्रकार हैं:

C₃ पादप: सामान्य द्विबीजपत्री, केवल केल्विन चक्र।
C₄ पादप: क्रैसुलसियन एसिड पाथवे (Hatch-Slack), बंडल शीथ कोशिकाएँ, CO₂ का प्राथमिक स्थिरीकरण चार कार्बन यौगिक में।
CAM पादप: रात्रि में CO₂ स्थिरीकरण, दिन में उपयोग, जैसे एलोवेरा, नागफनी।

प्रकाश-संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

प्रकाश-संश्लेषण की दर कई कारकों पर निर्भर करती है:

CO₂ की सांद्रता: न्यूनतम आवश्यकता C₃ के लिए 25 ppm, C₄ के लिए 0-10 ppm।
प्रकाश की तीव्रता: प्रकाश की तीव्रता बढ़ाने से दर बढ़ती है, पर संतृप्ति के बाद स्थिर।
तापमान: C₃ के लिए 20-25°C, C₄ के लिए 35-45°C उपयुक्त।
ऑक्सीजन की सांद्रता: अधिक ऑक्सीजन से दर घटती है (वॉरबर्ग प्रभाव)।
ब्लैकमैन का सीमांत कारक नियम: जो कारक न्यूनतम स्तर पर होगा, वही प्रक्रिया को नियंत्रित करेगा।

प्रमुख सूत्र एवं संख्यात्मक तथ्य

एक ऑक्सीजन अणु के उत्सर्जन के लिए जल के दो अणु आवश्यक।
एक ऑक्सीजन के लिए आठ क्वांटम प्रकाश की आवश्यकता।
नॉन-साइक्लिक फोटॉस्फॉराइलेशन में 2 NADPH₂ और 2 ATP बनते हैं।
C₄ पादपों में 6 CO₂ से एक ग्लूकोज के लिए 30 ATP और 12 NADPH₂ का उपभोग।

तालिका: C₃ और C₄ पादपों की तुलना

विशेषता	C₃ पादप	C₄ पादप
न्यूनतम CO₂ (ppm)	25	0-10
तापमान (°C)	20-25	35-45
फोटो-श्वसन	होता है	नहीं होता
बंडल शीथ	अनुपस्थित	उपस्थित
ATP आवश्यकता	कम	अधिक

C₄ पादप उच्च ताप व कम CO₂ पर भी प्रकाश-संश्लेषण कर सकते हैं।
CAM पादपों में रात्रि में CO₂ स्थिरीकरण होता है, दिन में उपयोग।

निष्कर्ष

प्रकाश-संश्लेषण एक जटिल जैव-रासायनिक प्रक्रिया है, जिसमें प्रकाश, जल, CO₂, पर्णहरिम, तापमान, ऑक्सीजन आदि कारकों की भूमिका निर्णायक होती है। विभिन्न प्रयोगों, अभिक्रियाओं और पादप प्रकारों के आधार पर इसकी विविधता और नियंत्रण को समझा जा सकता है।

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Photosynthesis is the process by which light energy is converted into chemical energy, typically by plants, algae, and cyanobacteria, using light, water, and carbon dioxide to produce glucose and oxygen. It is an anabolic, energy-consuming, physicochemical process involving both reduction and oxidation.