पादप कार्यिकी: प्रकाश-संश्लेषण और श्वसन

समझिए: प्रकाश-संश्लेषण दो चरणों में होता है — प्रकाश अभिक्रिया (ऊर्जा पकड़ना) और अंधकार अभिक्रिया / कैल्विन चक्र (शर्करा बनाना)। श्वसन इसका उल्टा है — शर्करा तोड़कर ऊर्जा (ATP) निकालना।

🎓 पूरा पाठ — स्नातकोत्तर-स्तर की समझ:

प्रकाश अभिक्रिया — Z-योजना: थाइलेकॉइड झिल्ली में दो प्रकाश-तंत्र हैं — PS II (P680) और PS I (P700)। प्रकाश PS II के इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा देता है; खोए इलेक्ट्रॉन की भरपाई पानी के प्रकाशीय अपघटन से होती है (मैंगनीज़ युक्त ऑक्सीजन-निर्मायी सम्मिश्र) — यहीं से O₂ निकलती है। इलेक्ट्रॉन श्रृंखला से होकर PS I तक जाता है और अंत में NADP⁺ को NADPH बनाता है। इस दौरान थाइलेकॉइड के अंदर H⁺ जमा होते हैं, और ATP सिंथेज़ से वापस बहते हुए ATP बनाते हैं — यह रसोपरासरण (Chemiosmosis, मिचेल) है।

चक्रीय बनाम अचक्रीय: अचक्रीय — दोनों प्रकाश-तंत्र, बनते हैं ATP + NADPH + O₂; चक्रीय — केवल PS I, इलेक्ट्रॉन लौटकर उसी तक आता है, बनता है केवल ATP (NADPH और O₂ नहीं)।

कैल्विन चक्र — तीन चरण: (1) कार्बोक्सिलीकरण — RuBP + CO₂ → (RuBisCO) → 2 PGA; (2) अपचयन — PGA से शर्करा (ATP, NADPH ख़र्च); (3) पुनर्जनन — RuBP वापस। हर एक CO₂ के लिए 3 ATP + 2 NADPH; इसलिए एक ग्लूकोज़ (6 CO₂) के लिए 18 ATP + 12 NADPH।

प्रकाश-श्वसन — RuBisCO की कमज़ोरी: गर्मी और कम CO₂ में RuBisCO ऑक्सीजन से जुड़ जाता है (ऑक्सीजिनेज़ क्रिया), जिससे ऊर्जा और कार्बन बर्बाद होते हैं — यह C3 पौधों की समस्या है। C4 पौधों का समाधान (हैच-स्लैक): पर्णमध्योतक में PEP कार्बोक्सिलेज़ (O₂ से नहीं जुड़ता) CO₂ को OAA (4-कार्बन) में बाँधता है; फिर यह पूलाच्छद (Bundle sheath) में CO₂ छोड़ता है, जहाँ RuBisCO को भरपूर CO₂ मिलता है — इसलिए प्रकाश-श्वसन लगभग नहीं। CAM पौधे (नागफनी, अनानास) पानी बचाने को रात में रंध्र खोलते हैं।

श्वसन का हिसाब: ग्लाइकोलाइसिस (कोशिकाद्रव्य) — 1 ग्लूकोज़ → 2 पाइरुवेट, शुद्ध 2 ATP + 2 NADH। संयोजी अभिक्रिया — पाइरुवेट → ऐसीटिल CoA (+ NADH, CO₂)। क्रेब्स चक्र (प्रति ऐसीटिल CoA) — 3 NADH, 1 FADH₂, 1 ATP (GTP), 2 CO₂। इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र में NADH से अधिक, FADH₂ से कम ATP। पुरानी पाठ्यपुस्तकीय गणना 38 ATP; आधुनिक अनुमान लगभग 30–32 ATP (क्योंकि NADH ≈ 2.5, FADH₂ ≈ 1.5 ATP)।

श्वसन गुणांक (RQ = निकली CO₂ ÷ ली गई O₂): कार्बोहाइड्रेट 1, वसा लगभग 0.7, प्रोटीन लगभग 0.9, कार्बनिक अम्ल 1 से अधिक।

✏️ परीक्षा-प्रश्न, व्याख्या सहित: "चक्रीय फ़ोटोफ़ॉस्फ़ोरिलेशन में O₂ क्यों नहीं निकलती?" हल: इसमें PS II भाग नहीं लेता, इसलिए पानी का अपघटन नहीं होता — और O₂ पानी से ही आती है।

सार: PS II (P680) → पानी टूटे → O₂; PS I (P700) → NADPH; रसोपरासरण; चक्रीय = केवल ATP; कैल्विन: 3 ATP + 2 NADPH प्रति CO₂; C4 = PEP कार्बोक्सिलेज़ + क्रांज़; CAM = रात में रंध्र; ATP 38 (पुराना) / 30–32 (आधुनिक); RQ वसा 0.7।

• प्रकाश-संश्लेषण में निकलने वाली ऑक्सीजन पानी से आती है, CO₂ से नहीं (रुबेन-कामेन प्रयोग)।
• C3 बनाम C4: C3 पौधों (गेहूँ, धान) में पहला स्थायी पदार्थ 3-कार्बन (PGA); C4 पौधों (मक्का, गन्ना, ज्वार) में 4-कार्बन (OAA); C4 में क्रांज़ शारीरिकी होती है और ये गर्म-शुष्क जगह में अधिक कुशल हैं।
• RuBisCO पृथ्वी पर सबसे अधिक पाया जाने वाला एंज़ाइम है।

• एक ग्लूकोज़ से ऑक्सी-श्वसन में (पाठ्यपुस्तकीय गणना) लगभग 38 ATP बनते हैं; अनॉक्सी (किण्वन) में केवल 2 ATP।

⚠️ परीक्षा का जाल: "अंधकार अभिक्रिया" का अर्थ यह नहीं कि यह अँधेरे में होती है — यह प्रकाश पर सीधे निर्भर नहीं, पर दिन में ही चलती है।

📝 परीक्षा में ऐसे: "कथन: C4 पौधे उच्च तापमान पर अधिक कुशल हैं। कारण: उनमें प्रकाश-श्वसन बहुत कम होता है।" → कथन और कारण दोनों सही, कारण सही व्याख्या।

🧠 ट्रिक: "मक्का-गन्ना-ज्वार = C4 (चार अक्षर का M-G-J)"; "ऑक्सीजन पानी से"।