केल्विन चक्र क्या है? चित्र, परिभाषा, वर्णन

सूर्य से मिली ऊर्जा को ATP और NADPH में परिवर्तित और पैक करने के बाद, सेल में कार्बोहाइड्रेट अणुओं के रूप में भोजन बनाने के लिए ईंधन आवश्यक होता है। कार्बोहाइड्रेट अणुओं में कार्बन एटम्स रीढ़ की हड्डी के रूप में होते है।

कार्बन कहाँ से आता है?

कार्बोहाइड्रेट अणुओं का निर्माण करने वाले कार्बन परमाणु कार्बन डाइऑक्साइड से आते हैं, वह गैस जो जानवरों के प्रत्येक सांस के साथ निकलता है। केल्विन चक्र शब्द फोटोसिंथेसिस के रिएक्शन्स के लिए प्रयोग किया जाता है जो ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट अणु बनाने के लिए प्रकाश-निर्भर रिएक्शन्स द्वारा संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करता है।

केल्विन चक्र की कार्यप्रणाली (Calvin cycle explanation)

पौधों में, कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) क्लोरोप्लास्ट में स्टोमेंटा के माध्यम से प्रवेश करता है और क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में फैलता है-कैल्विन चक्र रिएक्शन्स की साइट जहां शुगर सिंथेसाइज होती है।

रिएक्शन्स का नाम उन वैज्ञानिकों के नाम पर रखा गया है जिन्होंने उन्हें खोजा, और इस तथ्य का संदर्भ दिया कि रिएक्शन्स चक्र के रूप में कार्य करती हैं। कुछ लोग इसे खोज में शामिल वैज्ञानिक का नाम शामिल करने के लिए कैल्विन-बेन्सन चक्र भी कहते है।

कैल्विन चक्र:

केल्विन चक्र प्रतिक्रियाओं को तीन बुनियादी चरणों में व्यवस्थित किया जा सकता है: फिक्सेशन, रिडक्शन, और रिजेनरेशन। स्ट्रॉमा में, CO2 के अलावा, कैल्विन चक्र शुरू करने के लिए दो अन्य रसायन भी मौजूद होते हैं: एक एंजाइम अबरिवीएटेड रुबिस्को(RuBisCO), और मॉलिक्यूल रिबुलोज़ बीस्फोस्फेट (ribulose bisphosphate,RuBP) ।

आरयूबीपी में प्रत्येक छोर पर कार्बन के पांच परमाणु और फॉस्फेट समूह होते हैं।

रुबिस्को CO2 और आरयूबीपी के बीच एक प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करता है, जो छह-कार्बन कंपाउंड्स बनाता है जिसे तुरंत दो तीन कार्बन कंपाउंड्स में परिवर्तित किया जाता है। इस प्रक्रिया को कार्बन फिक्सेशन कहा जाता है, क्योंकि CO2 अपने इनऑर्गेनिक रूप से आर्गेनिक रूप में “फिक्स” होता है।

एटीपी(ATP) और एनएडीपीएच(NADPH) तीन-कार्बन कंपाउंड, 3-PGA को G3P नामक एक और तीन-कार्बन कंपाउंड में बदलने के लिए अपनी संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करते हैं। इस प्रकार के रिएक्शन को रिडक्शन रिएक्शन कहा जाता है, क्योंकि इसमें इलेक्ट्रॉनों का gain शामिल होता है। एक परमाणु या परमाणु द्वारा इलेक्ट्रॉन का gain रिडक्शन होता है। ADP और NAD^+ के मॉलिक्यूल्स, रिडक्शन रिएक्शन से उत्पन्न होते हैं, और फिर से सक्रिय होने के लिए प्रकाश-निर्भर रिएक्शन पर लौटते हैं।

G3P मॉलिक्यूल्स में से एक कैल्विन चक्र को कार्बोहाइड्रेट मॉलिक्यूल के गठन में योगदान देता है, जो आमतौर पर ग्लूकोज (C6H12O6) होता है। चूंकि कार्बोहाइड्रेट मॉलिक्यूल में छह कार्बन एटम होते हैं, इसलिए एक कार्बोहायड्रेट बनाने के लिए कैल्विन चक्र को छह टर्न्स लेते पड़ते हैं। शेष G3P मॉलिक्यूल RuBP को पुन: उत्पन्न करते हैं, जो सिस्टम को कार्बन फिक्सेशन चरण के लिए तैयार करने में सक्षम बनाता है। एटीपी का उपयोग आरयूबीपी के रिजेनेरेशन में भी किया जाता है।

इन सभी चरणों को बेहतर समझने के लिए:

1. कार्बन फिक्सेशन (Carbon fixation)
   कार्बन फिक्सेशन में, वायुमंडल से एक CO2 मॉलिक्यूल पांच कार्बन स्वीकार्य मॉलिक्यूल ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) के साथ मिलकर बनता है।
   परिणामी छः कार्बन कंपाउंड्स को तीन कार्बन कंपाउंड्स, 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड (3-PGA) के दो मॉलिक्यूल्स में विभाजित किया जाता है।
   यह रिएक्शन एंजाइम आरयूबीपी कार्बोक्साइल/ऑक्सीजनेज द्वारा उत्प्रेरित की जाती है, जिसे रुबिस्को के नाम से भी जाना जाता है। यह फोटोसिंथेसिस में मुख्य भूमिका निभाने के कारण, रूबिस्को शायद पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा वाला एंजाइम है।
2. रिडक्शन (Reduction)
   केल्विन चक्र के दूसरे चरण में, कार्बन फिक्सेशन के माध्यम से बनाए गए 3-PGA मॉलिक्यूल्स को एक साधारण sugar–glyceraldehyde-3 phosphate (G3P) के मॉलिक्यूल्स में परिवर्तित कर दिया जाता है।
   यह चरण फोटोसिंथेसिस की प्रकाश-निर्भर रिएक्शन्स में निर्मित एटीपी और एनएडीपीएच से ऊर्जा का उपयोग करता है। इस तरह, कैल्विन चक्र वह तरीका है जिसमें पौधे सूरज की रोशनी से ऊर्जा को लंबे समय तक भंडारण मॉलिक्यूल्स जैसे शुगर में परिवर्तित करते हैं। एटीपी और एनएडीपीएच की ऊर्जा शुगर में स्थानांतरित की जाती है।
   इस चरण को “रिडक्शन” कहा जाता है क्योंकि एनएडीपीएच ग्लिसराल्डहाइड-3 फॉस्फेट बनाने के लिए 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड मॉलिक्यूल के इलेक्ट्रॉनों को डोनेट करता है। रसायन शास्त्र में, इलेक्ट्रॉनों को दान करने की प्रक्रिया को ही “reduction” कहा जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों को लेने की प्रक्रिया को “ऑक्सीडेशन” कहा जाता है।
3. रिजेनेरशन(Regeneration)
   कुछ ग्लिसराल्डहाइड -3 फॉस्फेट मॉलिक्यूल ग्लूकोज बनाने के लिए जाते हैं, जबकि अन्य कार्बन मॉलिक्यूल को स्वीकार करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पांच कार्बन आरयूबीपी कंपाउंड को पुन: उत्पन्न करने के लिए पुनर्नवीनीकरण किया जाता है ।
   रिजेनेरश प्रक्रिया के लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। यह एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई चरण शामिल होते हैं।
   चूंकि इसमें ग्लूकोज बनाने के लिए छह कार्बन मॉलिक्यूल होते हैं, इसलिए इस चक्र को ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए छह बार दोहराया जाता है।
   इस समीकरण को पूरा करने के लिए, कैल्विन चक्र के माध्यम से बनाए गए छह ग्लाइसरल्डेहाइड -3 फॉस्फेट अणुओं में से पांच को आरयूबीपी अणु बनाने के लिए रेजेनेरेट किया जाता है। छठा ग्लूकोज मॉलिक्यूल का आधा बनने के लिए चक्र से बाहर निकलता है।

केल्विन चक्र और कार्य:

• सबसे सामान्य अर्थ में, केल्विन चक्र का प्राथमिक कार्य पौधों के लिए आर्गेनिक उत्पादों का निर्माण, फोटोसिंथेसिस (एटीपी और एनएडीपीएच) की लाइट प्रतिक्रियाओं के उत्पादों का उपयोग करके, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उपयोग करके बनाई गई शुगर, ग्लूकोज, और प्रोटीन (मिट्टी से फिक्स्ड नाइट्रोजन का उपयोग करके) और लिपिड (उदाहरण के लिए, fat) में उपयोग होता है।
  यह कार्बन निर्धारण है, या इनऑर्गेनिक कार्बन की
• कार्बोनिक मॉलिक्यूल्स में ‘फिक्सिंग’ है जिसका पौधे उपयोग कर सकते हैं:
  3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP -> glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi (Pi = inorganic phosphate)
• रिएक्शन के लिए key एंजाइम रुबिस्को है। यद्यपि अधिकांश का कहना है कि चक्र ग्लूकोज बनाता है, कैल्विन चक्र वास्तव में 3-कार्बन मॉलिक्यूल का उत्पादन करता है, जो अंततः hexose(C6) शुगर, ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाते हैं।
• केल्विन चक्र लाइट इंडिपेंडेंट रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक सेट है, इसलिए हम इसे कही कही डार्क रिएक्शन्स के रूप में भी सुन लेते हैं। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि केल्विन चक्र केवल अंधेरे में होता है – इसका अर्थ केवल इतना है कि प्रतिक्रियाओं के लिए प्रकाश से ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है।

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