C₃, C₄, and CAM pathways: Calvin Cycle, Hatch & Slack Cycle and CAM Cycle

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C₃, C₄, and CAM pathways: Calvin Cycle, Hatch & Slack Cycle, and CAM Cycle (C₃, C₄ और CAM परिपथ: केल्विन चक्र, हैच और स्लैक चक्र, और CAM चक्र):-
Dark Reaction (Biosynthetic phase) [अप्रकाश अभिक्रिया (जैवसंश्लेषी चरण)]:-
·        प्रकाश अभिक्रिया के उत्पाद ATP, NADPH और O2 होते हैं।
(Products of light reaction are ATP, NADPH and O2.)
·         ATP और NADPH का उपयोग भोजन (शर्करा) के संश्लेषण के लिए प्रक्रियाओं को चलाने के लिए किया जाता है। यह जैवसंश्लेषण चरण (अप्रकाश अभिक्रिया) है।
[ATP and NADPH are used to drive the processes for the synthesis of food (sugars). This is the biosynthetic phase (Dark  reaction).]
·         यह चरण सीधे प्रकाश पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि CO2 और H2O के अतिरिक्त प्रकाश अभिक्रिया के उत्पादों पर निर्भर करती है।
(This phase does not directly depend on the light but is dependent on the products of the light reaction, besides CO2 and H2O.)
·         इसे निम्नानुसार सत्यापित किया जा सकता है: प्रकाश के अनुपलब्ध होने के तुरंत बाद, जैवसंश्लेषी प्रक्रिया कुछ समय तक जारी रहती है, और फिर रुक जाती है। यदि प्रकाश उपलब्ध कराया जाता है, तो संश्लेषण फिर से शुरू होता है।
(It can be verified as follows: Immediately after light becomes unavailable, the biosynthetic process continues for some time, and then stops. If light is made available, the synthesis starts again.)
·          CO2 व H2O आपस में मिलकर ग्लूकोज या शर्करा बनाती हैं।
(CO2 combines with H2O to form glucose or sugars.)
·         मेल्विन केल्विन ने 14C का उपयोग करते हुए शैवालीय प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन किया और पाया कि पहला CO2 स्थिरीकरण उत्पाद 3- फॉस्फोग्लिसरिक अम्ल (PGA) होता है, जो एक 3-कार्बन वाला कार्बनिक अम्ल है।
[Melvin Calvin studied algal photosynthesis using 14C and discovered that the first CO2 fixation product was 3- phosphoglyceric acid (PGA), a 3-carbon organic acid.]
·         कुछ अन्य पौधों में, CO2 स्थिरीकरण का पहला स्थायी उत्पाद ओक्सैलोएसिटिक अम्ल (OAA) होता है, जो एक 4-कार्बन वाला कार्बनिक अम्ल है।
[In some other plants, first stable product of CO2 fixation oxaloacetic acid (OAA), a 4-carbon organic acid.]
·         इस प्रकार प्रकाश संश्लेषण के दौरान CO2 स्थिरीकरण 2 प्रकार का होता है: -
(Thus CO2 assimilation during photosynthesis is of 2 types:-)
i.  C3 pathway:- इसमें  CO2 स्थिरीकरण का पहला उत्पाद C3 अम्ल (PGA) होता है।
[In this, the first product of CO2 fixation is a C3 acid (PGA).]
ii. C4 pathway:- इसमें पहला उत्पाद C4 अम्ल (OAA) होता है।
[In this, first product is a C4 acid (OAA).]
1. C3 pathway or Calvin Cycle (C3 चक्र या केल्विन चक्र)
कैल्विन पाथवे सभी प्रकाश संश्लेषी पौधों (C3 या C4 पौधों) में होता है। इसके 3 चरण होते हैं: कार्बोक्सीलिकरण, अपचयन और पुनरुद्धभवन।
[Calvin pathway occurs in all photosynthetic plants (C3 or C4 plants). It has 3 stages: carboxylation, reduction and regeneration.]
a. Carboxylation of RuBP:-
Ø  यह सबसे महत्वपूर्ण चरण है जिसमें RuBP कार्बोक्सिलेज एंजाइम की उपस्थिती में RuBP (राइबुलोज बिस्फॉस्फेट) के द्वारा CO2 को दो 3-PGA अणुओं के रूप में स्थिर किया जाता है।
[It is the most crucial step in which CO2 is fixed by RuBP (ribulose bisphosphate) to two 3-PGA molecules in presence of the enzyme RuBP carboxylase.]
Ø  RuBP (एक 5-कार्बन कीटोन शर्करा) CO2 का प्राथमिक ग्राही होता है।
[RuBP (a 5-carbon ketone sugar) is the primary acceptor of CO2.]
Ø  चूँकि इस एंजाइम में ऑक्सीकरण क्रिया भी होती है इसलिए इसे RuBP कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजिनेज (RuBisCO) कहा जाता है।
[Since this enzyme also has an oxygenation activity it is called RuBP carboxylase-oxygenase (RuBisCO).]
b. Reduction:-
Ø  यह ग्लूकोज निर्माण के लिए अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है।
(It is a series of reactions leading to the glucose formation.)
Ø  यहाँ प्रति CO2 अणु, फॉस्फोरिलीकरण के लिए 2 ATP अणुओं और अपचयन के लिए 2 NADPH अणुओं का उपयोग किया जाता है।
(Here, 2 ATP molecules for phosphorylation and two of NADPH for reduction per CO2 molecule are used.)
Ø  पाथवे से एक ग्लूकोज अणु को निकालने के लिए 6 CO2 अणुओं के स्थिरीकरण और केल्विन चक्र की 6 बार पुनरावर्ती आवश्यक होती है।
(Fixation of 6 CO2 molecules and 6 turns of the cycle are required for the removal of one glucose molecule from the pathway.)
c. Regeneration of RuBP:-
Ø  यह कैल्विन चक्र को जारी रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
(It is crucial for continuation of the cycle.)
Ø  RuBP बनाने के लिए फॉस्फोरिलीकरण के लिए एक ATP की आवश्यकता होती है।
(It requires one ATP for phosphorylation to form RuBP.)
Ø  इसलिए प्रत्येक CO2 अणु के लिए, 3 ATP अणु और 2 NADPH आवश्यक होते हैं।
(Hence for every CO2 molecule, 3 ATP molecules and 2 NADPH are required.)
Ø  ग्लूकोज के एक अणु के निर्माण के लिए कैल्विन चक्र की 6 बार पुनरावर्ती की आवश्यकता होती है।
(To make one molecule of glucose 6 turns of the cycle are required.)

2. C4 pathway or Hatch and Slack Pathway (C4 चक्र या हेच व स्लैक चक्र):-
→ In this, first product is a C4 acid (OAA). Plants that have both C3 and C4 cycles are called C4-plants.
[इसमें पहला उत्पाद C4 अम्ल (OAA) होता है। ऐसे पौधे जिनमें C3 व C4 दोनों चक्र पाये जाते हैं, C4 – पौधे कहलाते हैं।]
→ It is found in plants like maize, sugarcane, jowar etc. These are called C4 plants.
(यह मक्का, गन्ना, ज्वार आदि पौधों में पाया जाता है। इन्हें C4 पौधे कहते हैं।)
→ Kranz anatomy is found in C4 plants.
(C4 पौधों में Kranz anatomy पायी जाती है।)
→ Kranz anatomy (क्रैंज औतिकी):- Large cells are found around the vascular bundle of C4 plants called as bundle sheath cells.
(C4 पौधों के संवहन पूल के चारों ओर बड़ी कोशिकाएं पायी जाती हैं जिन्हें पूल आच्छद कोशिकाएं कहते हैं।)
→ The C4 cycle occurs in the mesophyll cell while the C3 cycle occurs in the bundle sheath cell.
(C4 चक्र पर्ण मध्योत्तक कोशिका में होता है जबकि C3 चक्र पूल आच्छद कोशिका में होता है।)
→ The main purpose of the C4 cycle is to increase the concentration of CO2 near the RuBisCO enzyme to prevent photorespiration.
(C4 चक्र का मुख्य उद्देश्य RuBisCO एंजाइम के पास CO2 की सांद्रता को बढ़ाना है ताकि प्रकाश श्वसन को रोका जा सके।)
→ CO2 is fixed by the PEP carboxylase enzyme also known as PEPCase. This fixation leads to the formation of the first stable compound, OAA (Oxalo Acetic Acid) containing 4 carbons.
[CO2 का स्थिरीकरण PEP कार्बोक्सीलेज एंजाइम द्वारा किया जाता है जिसे PEPCase भी कहते हैं। इस स्थिरीकरण से पहला स्थायी यौगिक 4 कार्बन युक्त OAA (ओक्जेलो ऐसीटिक अम्ल) बनता है।]
 Difference between C3 and C4 Plants (C3 व C4 पौधों में अन्तर):- 

3. CAM Pathway (Crassulacean Acid Metabolism Pathway):- 
- Such plants can photosynthesize during the day, but only exchange gases at night.
(ऐसे पौधे दिन के दौरान प्रकाश संश्लेषण करते हैं और केवल रात में गैसों का आदान-प्रदान करते हैं।)
- Plants have scotoactive stomata.
(इन पौधों में रात सक्रिय रंध्र होते हैं।)
- Examples (उदाहरण):- Cactus, Pineapple, Agave, Pelargonium (the geraniums), Many orchids
[नागफनी, अनानास, एगेव, पेलार्गोनियम (जेरेनियम), कई तरह के ऑर्किड]
- It is an adaptation of plants to reduce the rate of transpiration.
(यह वाष्पोत्सर्जन की दर को कम करने के लिए पौधों का अनुकूलन है।)
-  Both C4 and C3 pathways occurs in the same mesophyll cell.
(C4 और C3 दोनों चक्र समान पर्णमध्योत्तक कोशिका में होते हैं।)
-  C4 pathway operates during night time in which plant absorb CO2 during night time and store it as Mallic acid in central vacuole.
(C4 चक्र रात के समय संचालित होता है जिसमें पौधा रात के समय CO2 को अवशोषित करता है और इसे केंद्रीय रिक्तिका में मैलिक अम्ल के रूप में संग्रहित करता है।)
-   C3 pathway operates during day time. Mallic acid release CO2 and converted to puruvic acid. As a result CO2 is concentrated around RuBisCO for its Carboxylase activity.
(C3 चक्र दिन के समय संचालित होता है। मैलिक अम्ल CO2 छोड़ता है और पाइरुविक अम्ल में परिवर्तित हो जाता है। परिणामस्वरूप CO2 RuBisCO के आसपास इसकी कार्बोक्सिलेज क्रिया के लिए सांद्रित हो जाता है।)
-  These plants have highest water use efficiency.
(इन पौधों की जल उपयोग दक्षता C4 पौधों की तुलना में उच्च होती है।)
Difference between C3, C4 and CAM Plants (C3, C4 व CAM पौधों में अन्तर ):-