தாவரங்கள், பாசிகள் மற்றும் சில நுண்ணுயிரிகள் சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்தி கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் நீரிலிருந்து தங்கள் உணவை உருவாக்கும் செயல்முறையே ஒளித்தொகுப்பு ஆகும்.

ஒளித்தொகுப்பின் பொதுவான பார்வை

Key idea: ஒளித்தொகுப்பு சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்தி கார்பன் டை ஆக்சைடை சர்க்கரையாக மாற்றுகிறது, மேலும் ஆக்சிஜன் வெளியேற்றும் மற்றும் ஆக்சிஜன் வெளியேற்றாத என இரண்டு வகைகள் உள்ளன.

ஒளித்தொகுப்பு என்பது சூரிய ஒளியின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, கரியமில வாயுவில் உள்ள கார்பனை, உயிரினங்களுக்குப் பயன்படும் சர்க்கரையாக மாற்றும் ஒரு செயல்முறையாகும். இதில் இரண்டு முக்கிய வகைகள் உள்ளன.

தாவரங்கள், பாசிகள் மற்றும் சயனோபாக்டீரியாக்கள் செய்யும் ஒளித்தொகுப்பில் ஆக்சிஜன் வெளியிடப்படுகிறது. இது 'ஆக்சிஜன் வெளியேற்றும் ஒளித்தொகுப்பு' என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஆனால், சில பாக்டீரியாக்கள் கரியமில வாயுவைப் பயன்படுத்தினாலும், அவை ஆக்சிஜனை வெளியிடுவதில்லை. இது 'ஆக்சிஜன் வெளியேற்றாத ஒளித்தொகுப்பு' ஆகும்.

இரண்டு வகைகளிலும் சூரிய ஒளியே ஆற்றல் மூலமாக உள்ளது. மனிதர்களுக்கு ஆக்சிஜன் வெளியேற்றும் ஒளித்தொகுப்பு மிகவும் முக்கியமானது என்பதால், நாம் அதைப் பற்றி விரிவாகப் பார்ப்போம்.

கார்பன் நிலைப்படுத்தல் என்பது கரியமில வாயுவில் உள்ள கார்பனை, உயிரினங்களுக்குப் பயன்படும் சர்க்கரை வடிவமாக மாற்றும் ஒரு உயிரியல் செயல்முறையாகும். ஒளித்தொகுப்புக்கு சூரிய ஒளியில் இருந்து ஆற்றலும், கார்பனை சர்க்கரையாக மாற்ற எலக்ட்ரான்களும் தேவைப்படுகின்றன. ஆக்சிஜனை வெளியேற்றும் ஒளித்தொகுப்பில், நீர் தான் முக்கிய எலக்ட்ரான் மூலமாக செயல்படுகிறது.

“ஒளித்தொகுப்புக்கு சூரிய ஒளியில் இருந்து ஆற்றலும், கார்பனை சர்க்கரையாக மாற்ற எலக்ட்ரான்களும் தேவைப்படுகின்றன.”

ஒளித்தொகுப்பின் இரண்டு முக்கிய நிலைகள்

Key idea: ஒளித்தொகுப்பு இரண்டு நிலைகளில் நடைபெறுகிறது: ஒளி சார்ந்த வினைகள் ஆற்றலை உறிஞ்சி ஆக்சிஜனை வெளியிடுகின்றன, ஒளி சாராத வினைகள் அந்த ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி சர்க்கரையை உருவாக்குகின்றன.

ஒளித்தொகுப்பு சுவாசித்தலுக்கு நேர்மாறானது என்று பலர் தவறாக நினைக்கிறார்கள். சுவாசித்தல் என்பது ஆற்றலை வெளியிடும் ஒரு செயல்முறை, ஆனால் ஒளித்தொகுப்பு ஒளி ஆற்றலை ரசாயன ஆற்றலாக சேமிக்கிறது. ஆனால் இந்த இரண்டு செயல்முறைகளும் முற்றிலும் வெவ்வேறு வழிகளில் நடைபெறுகின்றன.

ஒளித்தொகுப்பு இரண்டு முக்கிய நிலைகளில் நடைபெறுகிறது. முதல் நிலை 'ஒளி சார்ந்த வினைகள்' அல்லது 'ஒளி தேவைப்படும் வினைகள்' என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த நிலையில், சூரிய ஒளி ஆற்றல் உறிஞ்சப்பட்டு, ATP மற்றும் NADPH போன்ற ஆற்றல் சேமிப்பு மூலக்கூறுகளில் சேமிக்கப்படுகிறது. இந்த செயல்முறையின் போது, நீர் மூலக்கூறுகள் உடைக்கப்பட்டு, ஆக்சிஜன் வெளியிடப்படுகிறது.

இரண்டாவது நிலை 'ஒளி சாராத வினைகள்' அல்லது 'இருள் வினைகள்' என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த நிலையில், ஒளி சார்ந்த வினைகளில் உருவான ATP மற்றும் NADPH இல் உள்ள ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, கார்பன் டை ஆக்சைடு சர்க்கரையாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த வினைகளுக்கு நேரடியாக ஒளி தேவையில்லை என்றாலும், ஒளி சார்ந்த வினைகளின் விளைபொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன.

“ஒளித்தொகுப்புக்கு நேரடியாக ஒளி தேவையில்லை என்றாலும், ஒளி சார்ந்த வினைகளின் விளைபொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன.”

ஒளி சார்ந்த வினைகள்: ஆற்றலை அறுவடை செய்தல்

Key idea: ஒளி சார்ந்த வினைகளில், சூரிய ஒளி ஆற்றல் உறிஞ்சப்பட்டு, நீர் உடைக்கப்பட்டு ஆக்சிஜன் வெளியிடப்படுகிறது, மேலும் ATP மற்றும் NADPH போன்ற ஆற்றல் மூலக்கூறுகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

தாவரங்களில் ஒளி சார்ந்த வினைகள், பசுங்கனிகத்தின் உள்ளே உள்ள 'தைலக்காய்டு சவ்வு' எனப்படும் சிறிய பைகளில் நடைபெறுகின்றன. இந்த சவ்வில் இரண்டு 'ஒளித்தொகுதிகள்' உள்ளன. ஒவ்வொரு ஒளித்தொகுதியிலும் 'பச்சையம் a' எனப்படும் ஒரு நிறமி உள்ளது, இது ஒளியை உறிஞ்சும் முக்கிய வேலையைச் செய்கிறது.

ஒளித்தொகுப்பு II முதலில் செயல்படுகிறது. இது 680 nm அலைநீள ஒளியை சிறப்பாக உறிஞ்சுவதால் P680 என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒளித்தொகுப்பு II இல் உள்ள பச்சையம் b மற்றும் கரோட்டின் போன்ற நிறமிகள் ஒளியை உறிஞ்சி, அதை பச்சையம் a க்கு கடத்துகின்றன. ஒளி ஆற்றலை உறிஞ்சியதும், பச்சையம் a இலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் வெளியேற்றப்படுகிறது.

இந்த எலக்ட்ரான் ஒரு சங்கிலித் தொடர் போல பல மூலக்கூறுகளுக்கு கடத்தப்படுகிறது. இந்த கடத்தலின் போது, ஆற்றல் பயன்படுத்தப்பட்டு, தைலக்காய்டு சவ்வுக்குள் H+ அயனிகள் பம்ப் செய்யப்படுகின்றன. இதனால் H+ அயனிகளின் செறிவு அதிகரிக்கிறது. இந்த செறிவு வேறுபாடு, ATP சிந்தேஸ் என்ற நொதியத்தைப் பயன்படுத்தி ATP ஆற்றல் மூலக்கூறுகளை உருவாக்க உதவுகிறது.

பச்சையத்திலிருந்து வெளியேறிய எலக்ட்ரானை ஈடுசெய்ய, நீர் மூலக்கூறுகள் உடைக்கப்பட்டு, எலக்ட்ரான்கள், ஆக்சிஜன் மற்றும் H+ அயனிகள் வெளியிடப்படுகின்றன. இந்த நீர் உடைக்கும் செயல்முறை 'நீரின் ஒளிப்பிளப்பு' என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒளித்தொகுப்பு I, 700 nm அலைநீள ஒளியை சிறப்பாக உறிஞ்சுவதால் P700 என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒளித்தொகுப்பு I இலிருந்து வெளியேற்றப்பட்ட எலக்ட்ரான், NADP+ ஐ NADPH ஆக மாற்ற உதவுகிறது. NADPH ஆனது ஒளி சாராத வினைகளுக்கு ஹைட்ரஜன் மூலமாகவும், குறைப்பானாகவும் செயல்படுகிறது.

ஒளி சாராத வினைகள்: சர்க்கரையை உருவாக்குதல் (கல்வின் சுழற்சி)

Key idea: ஒளி சாராத வினைகளில், ஒளி சார்ந்த வினைகளின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, கார்பன் டை ஆக்சைடு கல்வின் சுழற்சி மூலம் சர்க்கரையாக மாற்றப்படுகிறது.

ஒளி சாராத வினைகள் 'இருள் வினைகள்' என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த வினைகளின் முக்கிய நோக்கம், ஒளி சார்ந்த வினைகளில் உருவான ATP மற்றும் NADPH இல் உள்ள ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, கார்பன் டை ஆக்சைடை சர்க்கரையாக மாற்றுவதாகும். இந்த வினைகள் பசுங்கனிகத்தின் 'ஸ்ட்ரோமா' எனப்படும் திரவப் பகுதியில் நடைபெறுகின்றன.

இந்த வினைகளுக்கு நேரடியாக ஒளி தேவையில்லை என்றாலும், ஒளி சார்ந்த வினைகளின் விளைபொருட்களான ATP மற்றும் NADPH கட்டாயம் தேவை. ஒளி சாராத வினைகள் மூன்று முக்கிய படிகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை ஒட்டுமொத்தமாக 'கல்வின் சுழற்சி' என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

இந்த சுழற்சியில் மிக முக்கியமான நொதி RuBisCO ஆகும். இது கார்பன் டை ஆக்சைடை RuBP (ரிபியுலோஸ் 1,5 பிஸ்பாஸ்பேட்) உடன் இணைத்து, சர்க்கரை உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கிறது.

கல்வின் சுழற்சியில், கார்பன் டை ஆக்சைடு RuBP உடன் இணைந்து PGA (கிளிசரேட் 3 பாஸ்பேட்) உருவாகிறது. இந்த PGA இல் ஆறில் ஒரு பங்கு சர்க்கரை உற்பத்திக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது, மீதமுள்ள ஐந்து பங்கு RuBP ஐ மீண்டும் உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இவ்வாறு உருவான சர்க்கரை பின்னர் குளுக்கோஸாக மாற்றப்பட்டு, தாவரங்களில் மாவுச்சத்தாக சேமிக்கப்படுகிறது.

“இந்த வினைகளுக்கு நேரடியாக ஒளி தேவையில்லை என்றாலும், ஒளி சார்ந்த வினைகளின் விளைபொருட்களான ATP மற்றும் NADPH கட்டாயம் தேவை.”

ஒளித்தொகுப்பு வீதத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

Key idea: ஒளித்தொகுப்பு வீதத்தை ஒளியின் அளவு, கார்பன் டை ஆக்சைடின் அளவு மற்றும் வெப்பநிலை போன்ற காரணிகள் பாதிக்கின்றன.

ஒளித்தொகுப்பு எந்த வேகத்தில் நடக்கிறது என்பதை பல காரணிகள் பாதிக்கின்றன. முக்கியமாக மூன்று காரணிகள் உள்ளன: ஒளியின் அளவு மற்றும் நிறம், கார்பன் டை ஆக்சைடின் அளவு மற்றும் வெப்பநிலை.

ஒளியின் அளவு மற்றும் வெப்பநிலை இரண்டும் ஒன்றையொன்று கட்டுப்படுத்தும் காரணிகளாகும். உதாரணமாக, அதிக ஒளி இருந்தாலும், வெப்பநிலை குறைவாக இருந்தால் ஒளித்தொகுப்பு மெதுவாக நடக்கும். அதேபோல, அதிக வெப்பநிலை இருந்தாலும், ஒளி குறைவாக இருந்தால் ஒளித்தொகுப்பு மெதுவாகவே நடக்கும். இது ஒளித்தொகுப்பில் இரண்டு நிலைகள் உள்ளன என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது: வெப்பநிலை கல்வின் சுழற்சியையும், ஒளியின் அளவு ஒளி சார்ந்த வினைகளையும் பாதிக்கிறது.

கார்பன் டை ஆக்சைடின் அளவு ஒளித்தொகுப்புக்கு மிகவும் முக்கியம். கரியமில வாயுவின் அளவு மிகக் குறைவாக இருந்தால், 'ஒளிச்சுவாசம்' என்ற ஒரு செயல்முறை நடைபெறத் தொடங்கும். இதில் RuBisCO நொதி கார்பன் டை ஆக்சைடுக்கு பதிலாக ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து, சர்க்கரையை வீணாக்குகிறது. இதனால் ஒளித்தொகுப்பு திறன் குறைகிறது. இதைத் தவிர்க்க, சோளம் போன்ற சில தாவரங்கள் C4 ஒளித்தொகுப்பு முறையைப் பயன்படுத்துகின்றன.