కిరణజన్యసంయోగక్రియ

మొక్కలు తమకు కావాల్సిన ఆహారాన్ని తామే తయారు చేసుకుంటాయి. అందుకే సజీవ ప్రపంచంలో వాటిని స్వయంపోషక జీవులుగా పేర్కొంటారు.

నిర్వచనాలు

* మొక్కలు తమను తాము పోషించుకోవడానికి చేసే జీవరసాయన చర్యల సమాహారమే కిరణజన్యసంయోగక్రియ.

* ఆకుపచ్చని మొక్కలు సూర్యకాంతి సమక్షంలో వాతావరణంలో లభించే కార్బన్‌ డైఆక్సైడ్‌ను, మృత్తిక నుంచి నీటిని గ్రహించి గ్లూకోజ్, ఆక్సిజన్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఈ ఎంజైమ్‌ ఆధారిత జీవరసాయన చర్యనే కిరణజన్యసంయోగక్రియ అంటారు.

కిరణజన్యసంయోగక్రియ

* మొక్కలు క్లోరోఫిల్‌ అనే వర్ణద్రవ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అందుకే అవి ఆకుపచ్చగా ఉంటాయి. 

* కిరణజన్యసంయోగక్రియకు క్లోరోఫిల్‌ అవసరం.

* కాంతిశక్తిని మొక్కలు ఉపయోగించుకుని, అకర్బనిక పదార్థాలైన CO₂, H₂Oలతో గ్లూకోజ్‌ లాంటి సేంద్రియ పదార్థాన్ని సంశ్లేషిస్తుంది. అంటే కాంతి శక్తిని మొక్కలు కిరణజన్యసంయోగక్రియ ద్వారా రసాయనశక్తిగా మారుస్తాయి.

* కిరణజన్యసంయోగక్రియ ఒక కాంతి ఆధారిత చర్య అని నెదర్లాండ్స్‌ శాస్త్రవేత్త Cornelis Bernardus van Niel పేర్కొన్నారు.

హరితరేణువు

* మొక్కల్లో కిరణజన్యసంయోగక్రియ జరిగేందుకు సహకరించే కణాంగం పేరు హరితరేణువు లేదా క్లోరోప్లాస్ట్‌.

* హరిత రేణువుల్లో పటలికా రాశులను కలిగిన త్వచ వ్యవస్థలు ఉంటాయి. వీటినే గ్రానా అంటారు.

* హరితరేణువు లోపల నిండి ఉన్న ద్రవాన్ని స్ట్రోమా లేదా ఆవర్ణిక అంటారు. త్వచవ్యవస్థలను కలిపి ఉంచుతూ ఆవర్ణిక లామెల్లా లేదా స్ట్రోమా లామెల్లా ఉంటాయి.

* హరితరేణువు రెండు త్వచాలను కలిగి ఉన్న కణాంగం. దీనిలో 70S రైబోజోమ్‌లు, జన్యు సమాచారం ఉంటాయి. అందుకే దీన్ని స్వయం ప్రతిపత్తి ప్రదర్శించే కణాంగం అంటారు.

కిరణజన్యసంయోగక్రియ దశలు

* కిరణజన్యసంయోగక్రియ రెండు దశల్లో జరుగుతుంది. అవి: 

1) కాంతిచర్య   2) నిష్కాంతి చర్య

*  మొదటి చర్య కాంతితో జరుగుతుంది. అందుకే దీన్ని కాంతి చర్య అంటారు. రెండో చర్యకు కాంతి అవసరం లేదు (ప్రత్యక్షంగా కాంతిపై ఆధారపడదు) కాబట్టి దీన్ని నిష్కాంతి చర్య అంటారు. నిష్కాంతి చర్య అంటే కేవలం చీకటిలో మాత్రమే జరుగుతుందని అర్థం కాదు.

పత్రవర్ణ ద్రవ్యాలు

* కిరణజన్యసంయోగక్రియలో ప్రధానపాత్ర వహించే పత్రవర్ణ ద్రవ్యాలు: పత్రహరితం - ఎ (ఇది ముదురు లేదా నీలి ఆకుపచ్చ వర్ణంలో ఉంటుంది), పత్రహరితం - బి (ఇది పసుపు, ఆకుపచ్చ రంగులో ఉంటుంది), జాంథోఫిల్‌ (ఇవి పసుపు వర్ణంలో ఉంటాయి), కెరోటినాయిడ్‌లు (ఇవి పసుపు నుంచి నారింజ రంగులో ఉంటాయి).

* విశిష్టమైన తరంగదైర్ఘ్యాలవద్ద కాంతిని శోషించే పదార్థాలను వర్ణద్రవ్యాలు లేదా పిగ్మెంట్స్‌ అంటారు.

* వర్ణపటం ప్రకారం, కిరణజన్యసంయోగక్రియ నీలి, ఎరుపు కాంతి ప్రసరించే ప్రాంతాల వద్ద అధికంగా ఉంటుంది.

* కాంతిని శోషించడానికి ముఖ్యమైన వర్ణ ద్రవ్యం పత్రహరితం - ఎ. పత్రహరితం - బి, జాంథోఫిల్స్, కెరోటినాయిడ్స్‌ లాంటి ఇతర ద్రవ్యాలు కూడా కాంతిని శోషించి, ఆ శక్తిని ‘పత్రహరితం - ఎ’ కి అందిస్తాయి. 

* ఇవి కిరణజన్యసంయోగక్రియకు లభించే విస్తృతస్థాయి కాంతితరంగదైర్ఘ్యాలను వినియోగించుకోవడమే కాకుండా పత్రహరితం - ఎ ని కాంతి ఆక్సీకరణ నుంచి రక్షిస్తాయి.

* కాంతిశోషణ, నీటి విచ్ఛిన్నం (ఫొటోలైసిస్‌) ఆక్సిజన్‌ విడుదల, ATP, NADPH + H⁺ లాంటి అధిక శక్తిమంతమైన రసాయనిక మాధ్యమిక పదార్థాలు ఏర్పడటం లాంటివి కాంతిచర్యలు లేదా కాంతి రసాయనిక దశలో ఇమిడి ఉంటాయి.

* కిరణజన్యసంయోగక్రియలో పాల్గొనే వర్ణద్రవ్యాలు రెండు విలక్షణమైన కాంతిని శోషించే సంక్లిష్టాలుగా (LHC)  కాంతివ్యవస్థ - I, కాంతివ్యవస్థ - II, (PS I & PS II) గా అమరిఉంటాయి.

* ప్రత్యేక రకమైన పత్రహరిత - ఎ అణువు చర్యాకేంద్రాన్ని కాంతివ్యవస్థలో ఏర్పరుస్తుంది. కాంతివ్యవస్థ - I లో  పత్రహరితం - ఎ 700 nm వద్ద కాంతిని శోషిస్తుంది. కాబట్టి దీన్ని P₇₀₀ అంటారు. కాంతివ్యవస్థ - II లో పత్రహరితం - ఎ 680 nm వద్ద కాంతిని శోషిస్తుంది కాబట్టి దీన్ని P₆₈₀ అంటారు.

* కాంతి జలవిచ్ఛేదనంలో నీటి నుంచి ప్రోటాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు, ఆక్సిజన్‌ విడుదలవుతాయి. ఈ ప్రక్రియ ఆక్సిజన్‌ నిర్గమన సంక్లిష్టం (OEC) వద్ద జరుగుతుంది. ఇది PS IIలో భాగమై ఉంటుంది.

* నీటి నుంచి విడుదలైన ఎలక్ట్రాన్లు వివిధ ఎలక్ట్రాన్‌ వాహకాల ద్వారా చక్రీయ, అచక్రీయ మార్గాల ద్వారా ప్రయాణిస్తాయి. ఇవి కాంతి ఫాస్ఫారిలేషన్‌తో చర్య జరిపి ATPల ఉత్పత్తికి కారణమవుతాయి. అచక్రీయ ఎలక్ట్రాన్‌ రావాణాలో ATP తో పాటు  NADPH + H⁺ లు ఏర్పడతాయి. 

స్వాంగీకరణ శక్తి - కర్బన స్థాపన

* స్వాంగీకరణ శక్తి అంటే 3ATP, 2NADPH + H⁺

* ఇది ఉత్పాదన కాంతి చర్య అంతిమ లక్ష్యం.

* కిరణజన్యసంయోగక్రియలో కర్బన స్థాపన CO₂ నుంచి జరుగుతుంది. కర్బన స్వాంగీకరణలో జరిగే వివిధ దశలను నిష్కాంతి చర్యలు అంటారు.

* కొన్ని మొక్కల్లో CO₂ స్థాపన జరిగే క్రమంలో ఏర్పడిన మొదటి స్థిరకర్బన పదార్థం 3-ఫాస్ఫోగ్లిజరిక్‌ ఆమ్లం లేదా PGA. ఇందులో మూడు కర్బన పరమాణువులు ఉంటాయి. అందుకే దీన్ని C₃ వలయం అంటారు. 

* కర్బనస్థాపనను కాల్విన్‌ అనే శస్త్రవేత్త ఆవిష్కరించాడు. అందుకే దీన్ని కాల్విన్‌ వలయం అని కూడా అంటారు. ఈ వలయాన్ని కర్బన స్థాపనకు ఉపయోగించుకునే మొక్కలను C₃ మొక్కలు అంటారు.

*  కొన్ని మొక్కల కర్బనస్థాపన విధానంలో మొదటగా ‘ఆక్సాలో ఎసిటిక్‌ ఆమ్లం (OAA)’ అనే స్థిర కర్బన సమ్మేళనం ఏర్పడుతుంది. ఇలాంటి మొక్కలను C₄ మొక్కలు అంటారు. 

* C₄ మొక్కలు ప్రత్యేకమైనవి. మిగిలిన మొక్కలతో పోలిస్తే వీటి పత్రాల నిర్మాణం కూడా వేరుగా ఉంటుంది. ఈ అంతర్నిర్మాణాన్ని క్రాంజ్‌ అంతర్నిర్మాణం అంటారు. 

* C₄ మొక్కల పత్రాల్లో నాళికా పుంజాల చుట్టూ ఒక ప్రత్యేకమైన పెద్ద కణాల వరుస ఉంటుంది. దీన్నే పుంజపు తొడుగు కణాలు అంటారు.

* C₄ మొక్కలకు ఉదా: మొక్కజొన్న (జియామేస్‌), జొన్న (సార్గమ్‌).

కిరణజన్యసంయోగక్రియ రేటు

* పంట మొక్కల దిగుబడిని నిర్ధారించడానికి కిరణజన్యసంయోగక్రియ రేటు అతిముఖ్యమైంది. దీన్ని అనేక కారకాలు ప్రభావితం చేస్తాయి. వాటిలో ముఖ్యమైనవి:

1. అంతరకారకాలు 

2. బాహ్యకారకాలు. 

* పత్రాల సంఖ్య, పరిమాణం, పత్రం వయసు, పత్రాల దిగ్విన్యాసం, పత్రాంతర కణాలు, హరితరేణువులు, అంతర CO₂ గాఢత, పత్రహరిత పరిమాణం మొదలైనవి మొక్కల సంబంధ కారకాలు. 

* మొక్కలకు సంబంధించిన లేదా అంతర   కారకాలు జన్యుసంసిద్ధత, మొక్కల పెరుగుదలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. కాంతి లభ్యత, ఉష్ణోగ్రత, గాఢత, నీరు మొదలైనవి బాహ్యకారకాలు. ఈ కారకాలన్నీ ఏకకాలంలో కిరణజన్యసంయోగక్రియ రేటును ప్రభావితం చేస్తాయి.

* ఒక ప్రక్రియ వివిధ కారకాలతో ప్రభావితమైనప్పుడు, ఏ కారకమైతే తక్కువ స్థాయిలో ఉంటుందో అది కిరణజన్యసంయోగక్రియకు అవధి కారకంగా ఉంటుంది.

* ఏదైనా జీవరసాయనిక ప్రక్రియ వివిధ కారకాలతో ప్రభావితం అయినప్పుడు అది బ్లాక్‌మెన్‌ అవధికార సిద్ధాంతం పరిగణనలోకి వస్తుంది. దీని ప్రకారం, ఒక ప్రక్రియ వేర్వేరు కారకాల మీద ఆధారపడినప్పుడు దాని చర్యావేగం సాపేక్షంగా కనిష్ఠ స్థాయిలో ఉండే కారకంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 

ఉదా: ఒక ఆకుపచ్చ పత్రానికి సరైన పరిస్థితుల్లో కాంతి, CO₂ లభించినప్పటికీ తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉంటే కిరణజన్యసంయోగక్రియ జరగదు. అయితే పత్రాన్ని తగిన ఉష్ణోగ్రతలో ఉంచినప్పుడు, తిరిగి కిరణజన్యసంయోగక్రియ జరపడం ప్రారంభిస్తుంది.

* కిరణజన్యసంయోగక్రియకు CO₂ ముఖ్యమైన అవధికారకంగా ఉంటుంది. వాతావరణంలో CO₂ గాఢత చాలా తక్కువగా (0.03  0.04%) ఉంటుంది. 

* CO₂ గాఢత 0.05% వరకు పెరిగితే దాని స్థాపన రేటు కూడా పెరుగుతుంది. CO₂ గాఢత స్థాయి ఎక్కువ కాలం కొనసాగితే అది హానికరం.