Photosynthesis: Energy pathway in photosynthesis, chloroplast as an energy transducing organelle, composition and characterization of photosystems I and II, electron flow through cyclic, non cyclic and pseudocyclic photophosphorylations

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Photosynthesis (प्रकाश संश्लेषण):- It is the process by which plants use sunlight, water, and carbon dioxide to create oxygen and energy in the form of sugar.
(यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा पौधे शर्करा के रूप में ऊर्जा और ऑक्सीजन बनाने के लिए सूर्य के प्रकाश, जल और कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करते हैं।)

Energy pathway in photosynthesis (प्रकाश संश्लेषण में ऊर्जा मार्ग):- Two biochemical pathways make up photosynthesis:
(दो जैव रासायनिक मार्ग प्रकाश संश्लेषण बनाते हैं:)
> Light-dependent reactions that use visible light energy to remove electrons from water, reduce electron carriers, pump protons and make ATP.
(प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएं जो जल से इलेक्ट्रॉनों को हटाने, इलेक्ट्रॉन वाहक को अपचयित करने, प्रोटॉन को पंप करने और ATP बनाने के लिए दृश्य प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करती हैं।)
> Light-independent reactions that use ATP to transfer electrons from the reduced electron carriers to CO2 to synthesize glucose.
(प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएं जो ग्लूकोज को संश्लेषित करने के लिए अपचयित इलेक्ट्रॉन वाहक से CO2 में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए ATP का उपयोग करती हैं।)
i. Light dependent reaction (प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएं):-
Light Energy   +    H2O →→→→ Chemical Energy (ATP, NADPH2)    +     O2
ii. Light independent reaction (प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएं):-
Chemical Energy (ATP, NADPH2) →→→→ Sugar (Glucose)

Chloroplast as an energy transducing organelle (हरितलवक एक ऊर्जा रूपान्तरण कोशिकांग के रूप में):- Energy transduction means conversion of one form of energy into other form. Chloroplasts contain chlorophyll and carotenoid pigments which are able to trap solar energy and change it into chemical energy.
(ऊर्जा रूपान्तरण का अर्थ है ऊर्जा को एक रूप को दूसरे रूप में परिवर्तित करना। हरितलवक में पर्णहरित और कैरोटीनॉयड वर्णक होते हैं जो सौर ऊर्जा को पकड़ते हैं और इसे रासायनिक ऊर्जा में बदलने में सक्षम होते हैं।)
Composition and characterization of photosystems I and II (प्रकाशतंत्र I और II की संरचना और लक्षण):- 
> The pigments are organized into two photochemical light harvesting complexes (LHC) within the Photosystem I (PS I) and Photosystem II (PS II). These are named in the sequence of their discovery.
[वर्णकों को प्रकाशतंत्र I (PS I) और प्रकाशतंत्र II (PS II) के भीतर दो प्रकाश रासायनिक लाइट हार्वेस्टिंग कॉम्प्लेक्स (LHC) में व्यवस्थित किया जाता है। इनका नाम उनकी खोज के क्रम में रखा गया है।]
> Emersion Effect (Emersion Enhancement Effect) (ईमरसन प्रभाव):- When red and Far red light are given to the plant simultaneously, the rate of photosynthesis increases.
(जब पौधे को लाल तथा दूर लाल प्रकाश एक साथ दिया जाता है तो प्रकाश संश्लेषण की दर बढ़ जाती है।)
Red light (लाल प्रकाश) = 680nm
Far red light (दूर लाल प्रकाश) = 700nm
> Red Drop Effect (लाल पतन प्रभाव):- When the plant is given only far-red light, there is a major drop in the rate of photosynthesis. This is called the red drop effect. This is due to PS-II not working.
(जब पौधे को केवल दूर लाल प्रकाश दिया जाता है, तो प्रकाश संश्लेषण की दर में बड़ी गिरावट आती है। इसे लाल पतन प्रभाव कहा जाता है। इसका कारण PS-II का कार्य न करना है।)
> LHC are formed of hundreds of pigment molecules bound to proteins. Each photosystem has all pigments (except one molecule of chlorophyll a) forming a light harvesting system (antennae).
[LHC प्रोटीन से बंधे सैकड़ों वर्णक अणुओं से बनता है। प्रत्येक प्रकाश तंत्र में सभी वर्णक (Chl. - a के एक अणु को छोड़कर) होते हैं जो एक प्रकाश संचयन तंत्र (एंटीना) बनाते हैं।]
> The single chlorophyll a molecule forms reaction center. In PS I, the reaction center chlorophyll a absorb light at 700 nm, and so called P700.
(एकल क्लोरोफिल एक अणु अभिक्रिया केंद्र बनाता है। PS I में, अभिक्रिया केंद्र क्लोरोफिल 700 nm पर प्रकाश को अवशोषित करता है, और इसे P700 कहा जाता है।)
> In PS II, the reaction center absorbs light at 680 nm, and so called P680.
(PS II में, अभिक्रिया केंद्र 680 nm पर प्रकाश को अवशोषित करता है, और इसे P680 कहा जाता है।)

Light Reaction (Photochemical phase) प्रकाश अभिक्रिया (प्रकाश रासायनिक प्रावस्था):- It occurs on the grana of chloroplast which is a cluster of thylakoid membranes. It includes light absorption, water splitting, oxygen release, and formation of high-energy chemical intermediates (ATP & NADPH).
[यह हरितलवक के ग्रैना पर होता है जो थायलेकोइड झिल्लियों का समूह होता है। इसमें प्रकाश अवशोषण, जल के अपघटन, ऑक्सीजन छोड़ना और उच्च-ऊर्जा रासायनिक मध्यवर्ती (ATP और NADPH) का निर्माण शामिल है।]
a. Photolysis of Water (जल का प्रकाश अपघटन):-
·        PS II से स्थानांतरित होने वाले इलेक्ट्रॉनों को प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। यह जल के विपाटन से प्राप्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा किया जाता है।
(The electrons that are moved from PS II must be replaced. This is achieved by electrons getting by splitting of water.)
·         PS II में जल विपाटन जटिल थाइलाकोइड झिल्ली के अंदर की तरफ स्थित होता है।
(The water splitting complex in PS II is located on the inner side of the thylakoid membrane.)
·         जल H+, (O) और इलेक्ट्रॉनों में विपाटित होता है।
[Water is split into H+, (O) and electrons.]
·         प्रोटॉन (H+) का उपयोग NADP को NADPH में अपचयित करने के लिए किया जाता है।
[The protons (H+) are used to reduce NADP to NADPH.]
·         ऑक्सीजन को प्रकाश संश्लेषण के उपउत्पाद के रूप में मुक्त किया जाता है।
(Oxygen is liberated as a byproduct of photosynthesis.)
·         PS I से हटाए गए इलेक्टोनों का स्थान लेने वाले इलेक्ट्रॉनों को PS II द्वारा प्रदान किया जाता है।
(The electrons needed to replace those removed from PS I are provided by PS II.)
b. Photophosphorylation (प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण):-
·         कोशिकाओं द्वारा ATP के संश्लेषण को फॉस्फोरिलीकरण कहा जाता है। यह माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में होता है।
[The synthesis of ATP by cells (in mitochondria & chloroplasts) is called phosphorylation.]
·         प्रकाश की उपस्थिति में क्लोरोप्लास्ट में ADP से ATP के संश्लेषण को फॉस्फोरिलीकरण कहते हैं।
[Photophosphorylation is the synthesis of ATP from ADP in chloroplasts in presence of light.]
·         यह 2 तरीकों से होता है:
[It occurs in 3 ways:]
i. Non- cyclic photophosphorylation (अचक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण)
ii. Cyclic photophosphorylation (चक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण)
iii. Pseudocyclic photophosphorylation (कूट चक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण)

Electron flow through Non-cyclic photophosphorylation (अचक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण के माध्यम से इलिक्ट्रोन प्रवाह):- 
Ø  यह तब होता है जब दो प्रकाश तंत्र एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से एक श्रृंखला में कार्य करते हैं, (पहले PS II और फिर PS I) जैसा कि Z स्कीम में देखा जाता है।
[It occurs when the two photosystems work in a series, (first PS II and then PS I) through an electron transport chain as seen in the Z scheme.]
Ø  यहां, ATP और NADPH + H+ संश्लेषित होते हैं।
(Here, ATP & NADPH + H+ are synthesized.)
Ø  यह एक अचक्रीय प्रक्रिया है क्योंकि PS II द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉन्स वापिस इसके पास नहीं आते हैं, परन्तु NADP+ पर जाते हैं।
(It is a non-cyclic process because the electrons lost by PS II do not come back to it but pass on to NADP+.)
Electron flow through cyclic photophosphorylation (चक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण के माध्यम से इलिक्ट्रोन प्रवाह):-
Ø  यह stroma lamellae में होता है जब केवल PS I कार्यात्मक होता है।
(It occurs in stroma lamellae when only PS I is functional.)
Ø  इलेक्ट्रॉन प्रकाश तंत्र के भीतर गति करता है और ATP संश्लेषण इलेक्ट्रॉनों के चक्रीय प्रवाह के कारण होता है।
(The electron is circulated within the photosystem and the ATP synthesis occurs due to cyclic flow of electrons.)
Ø  ग्रेना के लैमीली में PS I और PS II है। स्ट्रोमा लैमिली झिल्लीयों में PS II और NADP रिडक्टेज का अभाव होता है।
(The lamellae of grana have PS I & PS II. The stroma lamellae membranes lack PS II and NADP reductase.)
Ø  इलेक्ट्रॉन NADP+ पर पास नहीं किया जाता है, परन्तु इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के माध्यम से पुन: PS I जटिल पर वापिस चला जाता है।
(The electron does not pass on to NADP+ but is cycled back to PS I complex through electron transport chain.)
Ø  यहां, केवल ATP को संश्लेषित किया जाता है (NADPH + H+ नहीं)
[Here, only ATP is synthesized (no NADPH + H+)]
Ø  चक्रीय फोटोफॉस्फोरिलीकरण भी होता है जब केवल 680 nm से ऊपर की तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उपलब्ध होता है।
(Cyclic photophosphorylation also occurs when only light of wavelengths beyond 680 nm are available.)
 Difference between cyclic and non-cyclic photo-phosphorylation:-
Assimilatory Power (आत्मसात ऊर्जा):- It is the power generated in light reactions during photosynthesis. It is ATP and NADPH2, and they are generated with the evolution of oxygen and the photolysis of water.
(यह प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश अभिक्रियाओं में उत्पन्न होने वाली ऊर्जा है। यह ATP और NADPH2 है, जो ऑक्सीजन के निर्माण और जल के प्रकाश अपघटन के साथ उत्पन्न होते हैं।)
Electron flow through pseudocyclic photophosphorylation (कूट चक्रीय प्रकाश फोस्फ़ोरिलीकरण के माध्यम से इलिक्ट्रोन प्रवाह):-
- Some of the electrons passing to ferredoxin then reduce molecular oxygen back to H2O instead of reducing NADP+ to NADPH.
(कुछ इलेक्ट्रॉन फेर्रेडॉक्सिन में चले जाते हैं, फिर NADP+ को NADPH में अपचयित करने के बजाय आणविक ऑक्सीजन को वापस H2O में बदल देते हैं।)