പ്രകാശസംശ്ലേഷണം
ഹരിതസസ്യങ്ങൾ, ആൽഗകൾ, ചിലതരം ബാക്റ്റീരിയകൾ എന്നിവ, സൂര്യനിൽ നിന്നുള്ള ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച്, കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനെ കാർബോ ഹൈഡ്രേറ്റുകൾ (പഞ്ചസാര) ആക്കിമാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയെയാണ്‌ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം(Photosynthesis) എന്ന് പറയുന്നത്. കാർബൺ ഡയോക്സൈഡും ജലവും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന ഈ പ്രക്രിയയിലെ ഉപോല്പ്പന്നമാണ്‌ ഓക്സിജൻ. ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിലെ ഓക്സിജന്റെ നില പരിപാലിക്കുന്ന ഈ പ്രവർത്തനം മിക്കവാറും എല്ലാ ജീവികളുടെയും പ്രത്യക്ഷമോ പരോക്ഷമോ ആയ ഊർജ്ജസ്രോതസ്സുമാണ്.
ഹരിതകം(ക്ലോറോഫിൽ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളാണ്‌(photosynthetic reaction centers) പ്രകാശത്തിൽനിന്നുമുള്ള ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത്, സസ്യങ്ങളിൽ ഈ പ്രോട്ടീനുകൾ ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളിൽ കാണപെടുമ്പോൾ ബാക്റ്റീരിയകളിൽ ഈ പ്രോട്ടീനുകൾ കോശഭിത്തിയിലാണ്‌(plasma membrane) കാണപ്പെടുന്നത്. ഹരിതകം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തിൽ കുറച്ചുഭാഗം അഡിനോസിൻ ട്രൈ ഫോസ്ഫേറ്റ് (adenosine triphosphate - ATP)രൂപത്തിൽ ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു, ബാക്കി ഊർജ്ജം, ജലം പോലെയുള്ള വസ്തുക്കളിൽനിന്നും ഇലക്ട്രോണുകളെ നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. These electrons are then used in the reactions that turn carbon dioxide into organic compounds. ഈ ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനെ ഓർഗാനിക് സം‌യുക്തങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നത്. ഹരിതസസ്യങ്ങൾ, ആൽഗകൾ, സൈനോബാക്റ്റീരിയകൾ എന്നിവയിൽ കാൽവിൻ ചക്രം(Calvin cycle) എന്ന പ്രകാശ സംശ്ലേഷണ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളാണ് നടക്കുന്നത്, എന്നാൽ ക്ലോറോബിയം പോലെയുള്ള ചില ബാക്റ്റീരിയകളിലെ വിപരീത ക്രെബ്സ് ചക്രം(reverse Krebs cycle) നടക്കുന്നു.
പ്രകാശ സംശ്ലേഷണത്തിലെ ഘട്ടങ്ങൾ
പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന് പ്രകാശഘട്ടം ഇരുണ്ടഘട്ടം എന്നീ രണ്ടു ഘട്ടങ്ങളാണുളളത്. പ്രകാശഘട്ടം ഹരിതകണത്തിനുളളിലെ ഗ്രാനയിൽ വച്ചും ഇരുണ്ടഘട്ടം ഹരിതകണത്തിനുളളിലെ സ്ട്രോമയിൽ വച്ചും നടക്കുന്നു. പ്രകാശോർജ്ജത്തെ രാസോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന പ്രവർത്തനത്തിലെ ആദ്യ ഘട്ടമാണ് പ്രകാശഘട്ടം. ഈ ഘട്ടത്തിൽ പ്രകാശത്തിലെ ഊർജ്ജം അഡിനോസിൻ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്( Adenosine triphosphate-ATP), നിക്കോട്ടിനമൈഡ് അഡിനിൻ ഡൈന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ഫോസ്ഫേറ്റ്(Nicotinamide Adenine dinucleotide phosphate-NADPH) എന്നീ ഊർജ്ജ തന്മാത്രകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
പ്രകാശസംശ്ലേഷണം ആര്‍ക്കുവേണ്ടി
ജീവമണ്ഡലത്തിലെ ജീവിവര്‍ഗങ്ങളില്‍ പ്രഥമസ്ഥാനം സസ്യങ്ങള്‍ക്ക് ലഭിക്കുന്നത്, അവ സ്വപോഷികളായതിനാലാണ്. സ്വപോഷിത്വത്തിന് കാരണമോ, പ്രകാശസംശ്ലേഷണം നടത്താനുള്ള ശേഷിയും. ഊര്‍ജസ്രോതസ്സായ സൂര്യനിലെ പ്രകാശകിരണങ്ങളെ സ്വീകരിച്ച് ഭക്ഷണത്തെ രാസബന്ധനങ്ങളാക്കി, ഊര്‍ജമാക്കാന്‍ ഇവര്‍ക്കുള്ള കഴിവാണ്. ഇവയില്‍ അതിനുള്ള സംവിധാനങ്ങളേറെയുണ്ട്. പ്രകാശോര്‍ജം യാന്ത്രികോര്‍ജമായി മാറുന്നതിനിടയിലെ രാസഘട്ടമാണീ പ്രക്രിയ. ചെടികളുടെ ഇലകള്‍ അടുക്കളയാണെങ്കില്‍ അതിനുള്ള പണിപ്പാത്രങ്ങളാണ് ഹരിതകണങ്ങള്‍. ഗ്രാനകളും, സ്ട്രോമകളും കോശദ്രവ്യവും ചേര്‍ന്ന ഹരിതകത്തിലെ വര്‍ണകങ്ങളുടെ കൂട്ടം പ്രകാശഗ്രാഹികളായി സൗരവികിരണങ്ങളെ ആഗിരണംചെയ്ത് ജലത്തെ വിഘടിപ്പിച്ച് ഊര്‍ജശേഷിയുള്ള ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക് പ്രവാഹകാരണമാകുന്നു. ഉപോല്‍പനമായ O2നാണ് പുറത്തുവരുന്നത്. ആദ്യഘട്ടമായ പ്രകാശഘട്ടമാണിത്. ഇലക്ട്രോണ്‍ പ്രവാഹംമൂലം ഊര്‍ജകൈമാറ്റം നടക്കുകയായി. പ്രകാശം ആവശ്യമില്ലാത്ത ഇരുണ്ടഘട്ടത്തില്‍വെച്ച് കോശദ്രവ്യത്തില്‍, ആസ്യരന്ധ്രങ്ങളിലൂടെ ഇലകളിലെത്തുന്ന CO2, വേരിലൂടെ സൈലത്തിലൂടെയെത്തുന്ന H2O ചേര്‍ത്ത് കാര്‍ബോഹൈഡ്രേറ്റ് നിര്‍മിക്കുന്നു. ഈ സംയുക്തത്തിന്റെ കാര്‍ബണ്‍ ബന്ധനത്തില്‍ ഊര്‍ജം ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു.
മധുരം നിറഞ്ഞ പലഹാരംപോലെ, ഊര്‍ജം സംഭരിച്ച് ധാന്യകം നിര്‍മിക്കുന്നു. പ്രകാശഘട്ടവും ഇരുണ്ട ഘട്ടവും ചേര്‍ന്നതാണ് ഉപചയ പ്രക്രിയയായ പ്രഭാസങ്കലനമെന്ന ഭക്ഷ്യനിര്‍മാണപ്രക്രിയ. ഉല്‍പാദകരുടെ അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയയാണിത്. നിര്‍മിക്കുന്ന ധാന്യകത്തിന്റെ ഏകദേശം 90% ഉപയോഗിച്ച് ബാക്കി ജൈവപിണ്ഡമായി സ്വശരീരത്തില്‍ സംഭരിക്കുന്നു. ഇതത്രെ ഉപഭോക്താക്കളിലൂടെ ഊര്‍ജപ്രവാഹമായി, ഭക്ഷ്യശൃംഖലയായി ഇക്കോസിസ്റ്റത്തിന്റെ നിലനില്‍പ്പിനു കാരണമാകുന്നത്. പ്ലവകജല സസ്യങ്ങള്‍മുതല്‍ വന്‍മരങ്ങള്‍വരെ ഹരിതകണത്തിന്റെ സഹായത്താല്‍ അന്തരീക്ഷത്തിലെ CO2ഉം മണ്ണിലെ ജലവും ചേര്‍ത്തുനടത്തുന്ന പ്രകാശസംശ്ലേഷണം പ്രകൃതിയിലെ അതുല്യപ്രക്രിയയാണ്. ഇതിലൂടെ സൗരോര്‍ജം കാര്‍ബണ്‍ സംയുക്തത്തില്‍ വിലയം പ്രാപിച്ച് വിഭവങ്ങളായി മാറുന്നു. ഊര്‍ജത്തിന്റെ യൂണിറ്റ്, അതായത് സംഭരിക്കപ്പെടുന്ന ഊര്‍ജത്തിന്റെ യൂണിറ്റ് ATPയാണ്. ATPഎന്നാല്‍ അഡിനോസിന്‍ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്. ATPയെന്നാല്‍ 34Kilo Jule എന്നിരിക്കെ. 1 ഗ്ലൂക്കോസ് തന്മാത്രയുടെ ഊര്‍ജശേഷി 38ATP യാണ്; 308 കി.കലോറിയാണ്. 1292 കി. ജൂളാണ്. ആ ശക്തി ഉപയോഗിച്ച് കൊഴുപ്പും, എണ്ണയും ഒക്കെയായി കാണ്ഡത്തിലും വിത്തിലും വേരിലും വരെ ഭാവിയിലേക്ക് എടുത്തുവെക്കുന്നു. മറ്റുജീവികള്‍ ഇതുപയോഗിക്കുന്നു.
ഇങ്ങനെയുള്ള മഹത്കര്‍മംചെയ്യുന്ന ഭൂതദയയുടെ കാവലാളുകളാണ് ഓരോ ഹരിതസസ്യവും. സങ്കീര്‍ണമായ ജീവത് പ്രക്രിയയായ പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന് നിരവധി ജീവാഗ്നികള്‍ അനിവാര്യമാണ്. പ്രകാശഘട്ടവും, ഇരുണ്ടഘട്ടവും നടത്താനായി വിവിധ അനുകൂലനങ്ങള്‍ ഓരോ സസ്യവും തേടാറുണ്ട്. ധര്‍മപരമോ, പാരിസ്ഥിതികമോ ആകാമത്. ജീവമണ്ഡലം നിലനില്‍ക്കാന്‍ കര്‍മസാക്ഷിയായ സൂര്യന്‍ പ്രകാശിക്കണം. എല്ലാവര്‍ക്കുമെല്ലാര്‍ക്കുംവേണ്ടിയാണിത്. പ്രകാശലഭ്യത, ജലസാന്നിധ്യം, താപം എന്നിവയുടെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലിനുസരിച്ച് പ്രകാശസംശ്ലേഷണം അളവിലും ഗുണത്തിലും, ശേഷിയിലും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുമെന്നുള്ളത് സ്വാഭാവികമാണ്; അതൊരു വസ്തുതയാണ്.
ഹരിതസസ്യങ്ങൾ, ആൽഗകൾ, ചിലതരം ബാക്റ്റീരിയകൾ എന്നിവ, സൂര്യനിൽ നിന്നുള്ള ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച്, കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനെ കാർബോ ഹൈഡ്രേറ്റുകൾ (പഞ്ചസാര) ആക്കിമാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയെയാണ്‌ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം(Photosynthesis) എന്ന് പറയുന്നത്. കാർബൺ ഡയോക്സൈഡും ജലവും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന ഈ പ്രക്രിയയിലെ ഉപോല്പ്പന്നമാണ്‌ ഓക്സിജൻ. ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിലെ ഓക്സിജന്റെ നില പരിപാലിക്കുന്ന ഈ പ്രവർത്തനം മിക്കവാറും എല്ലാ ജീവികളുടെയും പ്രത്യക്ഷമോ പരോക്ഷമോ ആയ ഊർജ്ജസ്രോതസ്സുമാണ്.
ഹരിതകം(ക്ലോറോഫിൽ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളാണ്‌(photosynthetic reaction centers) പ്രകാശത്തിൽനിന്നുമുള്ള ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത്, സസ്യങ്ങളിൽ ഈ പ്രോട്ടീനുകൾ ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളിൽ കാണപെടുമ്പോൾ ബാക്റ്റീരിയകളിൽ ഈ പ്രോട്ടീനുകൾ കോശഭിത്തിയിലാണ്‌(plasma membrane) കാണപ്പെടുന്നത്. ഹരിതകം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തിൽ കുറച്ചുഭാഗം അഡിനോസിൻ ട്രൈ ഫോസ്ഫേറ്റ് (adenosine triphosphate - ATP)രൂപത്തിൽ ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു, ബാക്കി ഊർജ്ജം, ജലം പോലെയുള്ള വസ്തുക്കളിൽനിന്നും ഇലക്ട്രോണുകളെ നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. These electrons are then used in the reactions that turn carbon dioxide into organic compounds. ഈ ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനെ ഓർഗാനിക് സം‌യുക്തങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നത്. ഹരിതസസ്യങ്ങൾ, ആൽഗകൾ, സൈനോബാക്റ്റീരിയകൾ എന്നിവയിൽ കാൽവിൻ ചക്രം(Calvin cycle) എന്ന പ്രകാശ സംശ്ലേഷണ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളാണ് നടക്കുന്നത്, എന്നാൽ ക്ലോറോബിയം പോലെയുള്ള ചില ബാക്റ്റീരിയകളിലെ വിപരീത ക്രെബ്സ് ചക്രം(reverse Krebs cycle) നടക്കുന്നു.
പ്രകാശ സംശ്ലേഷണത്തിലെ ഘട്ടങ്ങൾ
പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന് പ്രകാശഘട്ടം ഇരുണ്ടഘട്ടം എന്നീ രണ്ടു ഘട്ടങ്ങളാണുളളത്. പ്രകാശഘട്ടം ഹരിതകണത്തിനുളളിലെ ഗ്രാനയിൽ വച്ചും ഇരുണ്ടഘട്ടം ഹരിതകണത്തിനുളളിലെ സ്ട്രോമയിൽ വച്ചും നടക്കുന്നു. പ്രകാശോർജ്ജത്തെ രാസോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന പ്രവർത്തനത്തിലെ ആദ്യ ഘട്ടമാണ് പ്രകാശഘട്ടം. ഈ ഘട്ടത്തിൽ പ്രകാശത്തിലെ ഊർജ്ജം അഡിനോസിൻ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്( Adenosine triphosphate-ATP), നിക്കോട്ടിനമൈഡ് അഡിനിൻ ഡൈന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ഫോസ്ഫേറ്റ്(Nicotinamide Adenine dinucleotide phosphate-NADPH) എന്നീ ഊർജ്ജ തന്മാത്രകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
പ്രകാശസംശ്ലേഷണം ആര്‍ക്കുവേണ്ടി
ജീവമണ്ഡലത്തിലെ ജീവിവര്‍ഗങ്ങളില്‍ പ്രഥമസ്ഥാനം സസ്യങ്ങള്‍ക്ക് ലഭിക്കുന്നത്, അവ സ്വപോഷികളായതിനാലാണ്. സ്വപോഷിത്വത്തിന് കാരണമോ, പ്രകാശസംശ്ലേഷണം നടത്താനുള്ള ശേഷിയും. ഊര്‍ജസ്രോതസ്സായ സൂര്യനിലെ പ്രകാശകിരണങ്ങളെ സ്വീകരിച്ച് ഭക്ഷണത്തെ രാസബന്ധനങ്ങളാക്കി, ഊര്‍ജമാക്കാന്‍ ഇവര്‍ക്കുള്ള കഴിവാണ്. ഇവയില്‍ അതിനുള്ള സംവിധാനങ്ങളേറെയുണ്ട്. പ്രകാശോര്‍ജം യാന്ത്രികോര്‍ജമായി മാറുന്നതിനിടയിലെ രാസഘട്ടമാണീ പ്രക്രിയ. ചെടികളുടെ ഇലകള്‍ അടുക്കളയാണെങ്കില്‍ അതിനുള്ള പണിപ്പാത്രങ്ങളാണ് ഹരിതകണങ്ങള്‍. ഗ്രാനകളും, സ്ട്രോമകളും കോശദ്രവ്യവും ചേര്‍ന്ന ഹരിതകത്തിലെ വര്‍ണകങ്ങളുടെ കൂട്ടം പ്രകാശഗ്രാഹികളായി സൗരവികിരണങ്ങളെ ആഗിരണംചെയ്ത് ജലത്തെ വിഘടിപ്പിച്ച് ഊര്‍ജശേഷിയുള്ള ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക് പ്രവാഹകാരണമാകുന്നു. ഉപോല്‍പനമായ O2നാണ് പുറത്തുവരുന്നത്. ആദ്യഘട്ടമായ പ്രകാശഘട്ടമാണിത്. ഇലക്ട്രോണ്‍ പ്രവാഹംമൂലം ഊര്‍ജകൈമാറ്റം നടക്കുകയായി. പ്രകാശം ആവശ്യമില്ലാത്ത ഇരുണ്ടഘട്ടത്തില്‍വെച്ച് കോശദ്രവ്യത്തില്‍, ആസ്യരന്ധ്രങ്ങളിലൂടെ ഇലകളിലെത്തുന്ന CO2, വേരിലൂടെ സൈലത്തിലൂടെയെത്തുന്ന H2O ചേര്‍ത്ത് കാര്‍ബോഹൈഡ്രേറ്റ് നിര്‍മിക്കുന്നു. ഈ സംയുക്തത്തിന്റെ കാര്‍ബണ്‍ ബന്ധനത്തില്‍ ഊര്‍ജം ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു.
മധുരം നിറഞ്ഞ പലഹാരംപോലെ, ഊര്‍ജം സംഭരിച്ച് ധാന്യകം നിര്‍മിക്കുന്നു. പ്രകാശഘട്ടവും ഇരുണ്ട ഘട്ടവും ചേര്‍ന്നതാണ് ഉപചയ പ്രക്രിയയായ പ്രഭാസങ്കലനമെന്ന ഭക്ഷ്യനിര്‍മാണപ്രക്രിയ. ഉല്‍പാദകരുടെ അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയയാണിത്. നിര്‍മിക്കുന്ന ധാന്യകത്തിന്റെ ഏകദേശം 90% ഉപയോഗിച്ച് ബാക്കി ജൈവപിണ്ഡമായി സ്വശരീരത്തില്‍ സംഭരിക്കുന്നു. ഇതത്രെ ഉപഭോക്താക്കളിലൂടെ ഊര്‍ജപ്രവാഹമായി, ഭക്ഷ്യശൃംഖലയായി ഇക്കോസിസ്റ്റത്തിന്റെ നിലനില്‍പ്പിനു കാരണമാകുന്നത്. പ്ലവകജല സസ്യങ്ങള്‍മുതല്‍ വന്‍മരങ്ങള്‍വരെ ഹരിതകണത്തിന്റെ സഹായത്താല്‍ അന്തരീക്ഷത്തിലെ CO2ഉം മണ്ണിലെ ജലവും ചേര്‍ത്തുനടത്തുന്ന പ്രകാശസംശ്ലേഷണം പ്രകൃതിയിലെ അതുല്യപ്രക്രിയയാണ്. ഇതിലൂടെ സൗരോര്‍ജം കാര്‍ബണ്‍ സംയുക്തത്തില്‍ വിലയം പ്രാപിച്ച് വിഭവങ്ങളായി മാറുന്നു. ഊര്‍ജത്തിന്റെ യൂണിറ്റ്, അതായത് സംഭരിക്കപ്പെടുന്ന ഊര്‍ജത്തിന്റെ യൂണിറ്റ് ATPയാണ്. ATPഎന്നാല്‍ അഡിനോസിന്‍ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ്. ATPയെന്നാല്‍ 34Kilo Jule എന്നിരിക്കെ. 1 ഗ്ലൂക്കോസ് തന്മാത്രയുടെ ഊര്‍ജശേഷി 38ATP യാണ്; 308 കി.കലോറിയാണ്. 1292 കി. ജൂളാണ്. ആ ശക്തി ഉപയോഗിച്ച് കൊഴുപ്പും, എണ്ണയും ഒക്കെയായി കാണ്ഡത്തിലും വിത്തിലും വേരിലും വരെ ഭാവിയിലേക്ക് എടുത്തുവെക്കുന്നു. മറ്റുജീവികള്‍ ഇതുപയോഗിക്കുന്നു.
ഇങ്ങനെയുള്ള മഹത്കര്‍മംചെയ്യുന്ന ഭൂതദയയുടെ കാവലാളുകളാണ് ഓരോ ഹരിതസസ്യവും. സങ്കീര്‍ണമായ ജീവത് പ്രക്രിയയായ പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന് നിരവധി ജീവാഗ്നികള്‍ അനിവാര്യമാണ്. പ്രകാശഘട്ടവും, ഇരുണ്ടഘട്ടവും നടത്താനായി വിവിധ അനുകൂലനങ്ങള്‍ ഓരോ സസ്യവും തേടാറുണ്ട്. ധര്‍മപരമോ, പാരിസ്ഥിതികമോ ആകാമത്. ജീവമണ്ഡലം നിലനില്‍ക്കാന്‍ കര്‍മസാക്ഷിയായ സൂര്യന്‍ പ്രകാശിക്കണം. എല്ലാവര്‍ക്കുമെല്ലാര്‍ക്കുംവേണ്ടിയാണിത്. പ്രകാശലഭ്യത, ജലസാന്നിധ്യം, താപം എന്നിവയുടെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലിനുസരിച്ച് പ്രകാശസംശ്ലേഷണം അളവിലും ഗുണത്തിലും, ശേഷിയിലും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുമെന്നുള്ളത് സ്വാഭാവികമാണ്; അതൊരു വസ്തുതയാണ്.