కిరణజన్య సంయోగక్రియలో పాల్గొనే ప్రధాన వర్ణద్రవ్యం?

ఏపీపీఎస్సీ, ఇతర పోటీ పరీక్షల ప్రత్యేకం
బయాలజీ 

భూమిపై జీవం అంతిమంగా సూర్యుడి నుంచి వచ్చే శక్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కిరణజన్య సంయోగక్రియ మాత్రమే ఈ శక్తిని పొందగల జీవసంబంధమైన ప్రాముఖ్యత కలిగిన ప్రక్రియ. ఇందులో సూర్యుడి నుంచి వచ్చే శక్తిని వినియోగించుకుని మొక్క తనకు అవసరమైన కార్బోహైడ్రేట్లను  ఉత్పత్తి చేసుకుంటుంది. ఈ ప్రక్రియలో ఉండే  వర్ణద్రవ్యాలు, సంశ్లేషణలు, దశలు, చర్యల గురించి పరీక్షార్థులు అవగాహన ఏర్పర్చుకోవాలి.

కిరణజన్య సంయోగక్రియ

సాంకేతికంగా కిరణజన్య సంయోగక్రియ అంటే కాంతిని ఉపయోగించి సంశ్లేషణ జరపడం. 

• కిరణజన్య సంయోగక్రియ (ఫోటాన్‌ = కాంతి, సంశ్లేషణ = కలిసి ఉంచడం) అనేది అనబాలిక్, ఎండర్గోనిక్‌ లేదా ఉష్ణగ్రాహక ప్రక్రియకు చెందింది.
• దీని ద్వారా ఆకుపచ్చ మొక్క కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌, నీరు, పిగ్మెంట్లు (వర్ణద్రవ్యాలు), సూర్యకాంతిని వినియోగించుకుని వివిధ జీవక్రియలకు అవసరమయ్యే కార్బోహైడ్రేట్‌లను సంశ్లేషిస్తుంది. మరోరకంగా చెప్పాలంటే కిరణజన్య సంయోగక్రియ అనేది సౌరశక్తి/ రేడియంట్‌ ఎనర్జీని రసాయనశక్తిగా రూపాంతరం చెందిస్తుంది.
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ అనేది ఫోటోట్రోఫ్‌లు లేదా స్వయంపోషక జీవులు కాంతి శక్తిని రసాయన శక్తిగా మార్చే ప్రక్రియ. ఇది తరువాత సెల్యులార్‌ కార్యకలాపాలకు ఇంధనంగా ఉపయోగపడుతుంది.
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ ఆకుపచ్చ మొక్కలతో పాటు ఇతర జీవుల్లో కూడా జరుగుతుంది. వీటిలో సైనోబ్యాక్టీరియా, పర్పుల్‌ బ్యాక్టీరియా, గ్రీన్‌ సల్ఫర్‌ బ్యాక్టీరియా లాంటి అనేక ప్రోకారియేట్‌లు లేదా కేంద్రక పూర్వజీవులు ఉంటాయి.
• ఈ జీవులు ఆకుపచ్చ మొక్కల్లాగా కిరణజన్య సంయోగక్రియను ప్రదర్శిస్తాయి. 
• ఈ సమయంలో ఉత్పత్తి అయ్యే గ్లూకోజ్‌ వివిధ కణాల్లోని జీవ సంబంధ కార్యకలాపాలకు ఇంధనంగా ఉపయోగపడుతుంది.
• ఈ భౌతిక రసాయన ప్రక్రియ ఉపఉత్పత్తిగా ఆక్సిజన్‌ బయటకు విడుదల అవుతుంది.
• మొక్కలు కాంతి శక్తిని ఉపయోగించి కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్, నీటిని గ్లూకోజ్, ఆక్సిజన్‌గా మార్చే సమయంలో కిరణజన్య సంయోగక్రియ జరుగుతుంది. 
• పత్రాలు క్లోరోప్లాస్ట్‌లుగా లేదా హరిత రేణువుగా పిలిచే అతి సూక్ష్మ కణాంగాలను కలిగి ఉంటాయి.

కాంతి చర్య (లేదా) కాంతి - ఆధారిత చర్య

కిరణజన్య సంయోగక్రియ కాంతి ప్రతిచర్యతో ప్రారంభమవుతుంది.

• ఇది సూర్యకాంతి సమక్షంలో పగటిపూట మాత్రమే జరుగుతుంది. 
• మొక్కల్లో కాంతి ఆధారిత ప్రతిచర్య క్లోరోప్లాస్ట్‌ల థైలకాయిడ్‌ పొరల్లో జరుగుతుంది.
• థైలకాయిడ్‌ లోపల ఉండే గ్రానా పొర కాంతిని సేకరించడం ద్వారా పనిచేస్తాయి. వాటిని ఫోటోసిస్టమ్స్‌ అంటారు. 
• ఈ ఫోటోసిస్టమ్‌లు వర్ణద్రవ్యం, ప్రోటీన్‌ అణువుల పెద్ద సముదాయాలను కలిగి ఉంటాయి ఇవి కిరణజన్య సంయోగక్రియ కాంతి ప్రతిచర్యల ప్రక్రియలో ప్రధానపాత్ర పోషిస్తాయి.
• ఫోటోసిస్టమ్‌లు రెండు రకాలు: ఫోటోసిస్టమ్‌ I, ఫోటోసిస్టమ్‌ II.
• కాంతి ఆధారిత ప్రతిచర్యల కింద కాంతి శక్తి ATP, NADPH గా మారుతుంది. 
• వీటిని కిరణజన్య సంయోగక్రియ రెండో దశ అయిన నిష్కాంతి చర్యలో ఉపయోగిస్తారు.
• కాంతి ప్రతిచర్యల సమయంలో ATP, NADPHలు చక్రీయ, అచక్రీయ అనే రెండు ఎలక్ట్రాన్‌ - రవాణా గొలుసుల ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతాయి. ఇందులో నీటి వినియోగం జరిగి ఆక్సిజన్‌ ఉత్పత్తి అవుతుంది. 
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ కాంతి చర్యలో రసాయన సమీకరణాన్ని కింది విధంగా సూచించవచ్చు.

2H2O + 2NADP + 3ADP + 3Pi ® O2 + 2NADPH + 3ATP

నిష్కాంతి చర్య (లేదా) కాంతి అనాధారిత స్వతంత్ర చర్య

నిష్కాంతి చర్యను కార్బన్‌-ఫిక్సింగ్‌ రియాక్షన్‌ అని కూడా అంటారు. 

• ఇది కాంతి అనాధారిత స్వతంత్ర ప్రక్రియ. దీనిలో ప్రధానంగా కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ అణువుల నుంచి చక్కెర అణువులు ఏర్పడతాయి.
• నిష్కాంతి చర్య క్లోరోప్లాస్ట్‌ స్ట్రోమాలో సంభవిస్తుంది. దీనికోసం ప్రతిచర్య ఉత్పన్నాలైన NADPH, ATP అణువులను ఉపయోగించుకుంటాయి.
• కర్బన స్థాపన లేదా కార్బన్‌ ఫిక్సింగ్‌ రియాక్షన్‌ ప్రధానంగా C3, C4, CAM  విధానాల్లో జరుగుతుంది.
• మొక్కలు కార్బన్‌ను ప్రాథమికంగా 3-ఫాస్ఫోగ్లిజరేట్‌ (PGA, 3-కార్బన్‌ సమ్మేళనం)గా స్థిరపరుస్తాయి. అందువల్ల ఈ ప్రక్రియకు C3 వలయం అని పేరు పెట్టారు. ఈ వలయాన్ని కనుక్కున్న శాస్త్రవేత్త పేరు మీదే దీన్ని కాల్విన్‌ చక్రంగా పిలుస్తారు 
• C4 మొక్కలు కార్బన్‌ను 4-కార్బన్‌ సమ్మేళనమైన ఆక్సాలోఅసిటిక్‌ యాసిడ్‌ (OAA)గా PEPతో చర్య జరపడం ద్వారా స్థిరపరుస్తాయి.
• ఈ ప్రక్రియ క్లోరోప్లాస్ట్‌ బండిల్‌ షీత్, మెసోఫిల్‌ కణాల్లో జరుగుతుంది.  
• C4 మార్గం ఉష్ణమండల ప్రాంతాలకు అనువైంది. ఇది ప్రధానంగా గడ్డిజాతి మొక్కల్లో జరుగుతుంది. 
• C3 మొక్కల్లో కంటే C4 మొక్కలు కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ను సంగ్రహించడంలో సమర్థవంతంగా పనిచేస్తాయి. 
• CAM మార్గంలో మొక్కలు పత్రరంధ్రాల ద్వారా రాత్రి సమయంలో CO2ని తీసుకుంటాయి. ఇది మాలిక్‌ యాసిడ్‌ (4 కార్బన్‌ సమ్మేళనం)గా మారి, రిక్తికలో నిల్వ ఉంటుంది.
• పగటిపూట మాలిక్‌ ఆమ్లం క్లోరోప్లాస్ట్‌కు రవాణా అయి CO2 విడుదల అవుతుంది. అక్కడి నుంచి ఇది కాల్విన్‌ చక్రంలోకి ప్రవేశిస్తుంది. 
• CAM మార్గం లేదా క్రాసులేసియన్‌ యాసిడ్‌ జీవక్రియ శుష్క పరిస్థితుల్లో ఉన్న మొక్కల్లో ఉంటుంది.

ఉదా: కాక్టస్‌

• మొక్కలు స్టోమాటా ద్వారా వాతావరణం నుంచి కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ను సంగ్రహిస్తాయి. అంతేకాకుండా కాల్విన్‌ చక్రంలో పాల్గొంటాయి.
• కాంతి చర్య సమయంలో ఏర్పడిన  ATP,  NADPHలు కాల్విన్‌ చక్రం చర్యను నడిపిస్తాయి. కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌కు చెందిన 6 అణువులను ఒక చక్కెర అణువు లేదా గ్లూకోజ్‌గా మారుస్తాయి.
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ ఆక్సిజన్‌ ఉత్పత్తికి కూడా బాధ్యత వహిస్తుంది. ఇది చాలా జీవుల మనుగడకు అవసరం.

కిరణజన్య సంయోగక్రియ వర్ణద్రవ్యాలు

పత్రాల్లో నాలుగు రకాల వర్ణద్రవ్యాలు ఉంటాయి.

• క్లోరోఫిల్‌ ఎ
• క్లోరోఫిల్‌ బి 
• జాంతోఫిల్స్‌
• కెరోటినాయిడ్స్‌
• క్లోరోఫిల్‌ అనేది మొక్కల కణంలోని క్లోరోప్లాస్ట్‌లలో, సైనోబ్యాక్టీరియా మీసోసోమ్‌లలో కనిపించే ఆకుపచ్చ వర్ణద్రవ్యం. 
• ఈ ఆకుపచ్చ రంగు వర్ణద్రవ్యం కిరణజన్య సంయోగక్రియ ప్రక్రియలో సూర్యకాంతి నుంచి శక్తిని గ్రహించడానికి మొక్కలకు సహకరించడంలో కీలకపాత్ర పోషిస్తుంది. క్లోరోఫిల్‌లో ప్రధానమైనవి క్లోరోఫిల్‌-ఎ, క్లోరోఫిల్‌-బి.
• పిగ్మెంట్లు రంగును అందించే అణువులు. అవి కొన్ని నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద కాంతిని గ్రహిస్తాయి. శోషించని కాంతిని తిరిగి ప్రతిబింబిస్తాయి. 
• అన్ని ఆకుపచ్చ మొక్కలు ప్రధానంగా క్లోరోఫిల్‌ ఎ, క్లోరోఫిల్‌ బి, కెరోటినాయిడ్లను కలిగి ఉంటాయి. ఇవి క్లోరోప్లాస్ట్‌ల థైలకాయిడ్స్‌లో ఉంటాయి.
• ఇది ప్రధానంగా కాంతిశక్తిని సంగ్రహించడానికి ఉపయోగపడుతుంది. క్లోరోఫిల్‌-ఎ ప్రధాన వర్ణద్రవ్యం.

కిరణజన్య సంయోగక్రియ దశలు

కిరణజన్య సంయోగక్రియ ప్రక్రియలో కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ స్టోమాటా ద్వారా ప్రవేశిస్తుంది. నేల నుంచి మూలకేశాల ద్వారా నీటిని గ్రహిస్తుంది. దారు నాళాల ద్వారా ఆకులకు తీసుకెళుతుంది. క్లోరోఫిల్‌ నీటి అణువులను ప్రోటాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు, ఆక్సిజన్‌గా విభజించడానికి సూర్యుడి నుంచి కాంతి శక్తిని గ్రహిస్తుంది.

• గాలి నుంచి గ్రహించిన కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ గ్లూకోజ్‌ ఉత్పత్తిలో ఉపయోగపడగా, ఆక్సిజన్‌ ఉపఉత్పత్తిగా ఆకుల ద్వారా వాతావరణంలోకి విడుదలవుతుంది.
• గ్లూకోజ్‌ మొక్కలకు ఆహారంలాంటిది. ఇది పెరుగుదల, అభివృద్ధికి శక్తిని అందిస్తుంది, మిగతావి వాటి తర్వాతి ఉపయోగం కోసం మూలాలు, ఆకులు, పండ్లలో నిల్వ ఉంటాయి.
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ ప్రక్రియ రెండు దశల్లో జరుగుతుంది. అవి:
• కాంతి - ఆధారిత చర్య లేదా కాంతి చర్య
• నిష్కాంతి చర్య