১০.১ সালোকসংশ্লেষণ (photosynthesis) 

তোমরা জানো যে বীজ থেকে চারা তৈরি হয়। এই চারাগুলো ধীরে ধীরে বড়ো হয় এবং দৈহিকভাবে বৃদ্ধি পেয়ে পূর্ণাঙ্গ উদ্ভিদে পরিণত হয়। বহু বছর থেকে বিজ্ঞানীদের মনে প্রশ্ন ছিল যে সময়ের সঙ্গে সঙ্গে উদ্ভিদের এই দৈহিক বৃদ্ধিতে ঠিক কোন জিনিসগুলো অবদান রাখে? এটি কি পানি, মাটিতে প্রাপ্ত নিউট্রিয়েন্ট, আলো, নাকি অন্যকিছু? এখন আমরা জেনেছি যে সূর্যের আলো, পানি এবং বাতাসের কার্বন ডাইঅক্সাইড ব্যবহার করে উদ্ভিদ নিজেরাই নিজেদের খাবার তৈরি করে নেয়। এই প্রক্রিয়াটির নাম সালোকসংশ্লেষণ এবং এই প্রক্রিয়ায় তৈরি খাবারের উপর শুধু যে উদ্ভিদেরা নির্ভরশীল তা নয়, পৃথিবীর সমস্ত জীবজগৎ প্রত্যক্ষ না হয় পরোক্ষভাবে এর উপর নির্ভরশীল। সবচেয়ে বড়ো কথা এই প্রক্রিয়ায় উদ্ভিদ উদ্বৃত্ত উপজাত হিসেবে যে অক্সিজেন গ্যাস পরিত্যাগ করে পৃথিবীর আমরা সবাই সেই অক্সিজেন গ্রহণ করে বেঁচে থাকি।

পৃথিবী সৃষ্টির প্রাক্কালে আমাদের বায়ুমণ্ডল তৈরি হয়েছিল নাইট্রোজেন, কার্বন ডাইঅক্সাইড এবং মিথেন দিয়ে, সেখানে কোনো অক্সিজেন ছিল না। তোমরা আগের একটি অধ্যায় থেকে জেনেছ প্রায় 2.5 বিলিয়ন বছর আগে, সায়ানোব্যাকটেরিয়া নামে একটি প্রোক্যারিওট এককোষী জীব সূর্যালোক এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড ব্যবহার করে প্রথম সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে অক্সিজেন এবং শর্করা বা কার্বোহাইড্রেট তৈরি করতে শুরু করে। পরবর্তী কালে বিবর্তনের ফলে শৈবালে এই ক্ষমতা বিকশিত হয়। শৈবাল, প্ল্যাঙ্কটন এবং পূর্ণাঙ্গ উদ্ভিদ এখন আমাদের বায়ুমণ্ডলে অক্সিজেনের সরবরাহ নিশ্চিত রাখতে একসঙ্গে কাজ করে, যা আমাদের বায়ুমণ্ডলকে ধীরে ধীরে বর্তমান অবস্থায় রূপান্তরিত করেছে।

এই অধ্যায়ে আমরা সালোকসংশ্লেষণ নামের প্রকৃতির এই অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়াটি বোঝার চেষ্টা করব।  

১০.২ সৌরশক্তিকে রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তর

তোমরা ইতোমধ্যে জেনে গেছ উদ্ভিদের ক্লোরোফিলের কারণে উদ্ভিদের পাতার রং সবুজ হয়। কোনো কিছুর রং সবুজ হওয়ার অর্থ সেটি আলোর অন্য রং শোষণ করতে পারলে সবুজ রংটি গ্রহণ করতে পারে না। কাজেই তোমরা নিশ্চয়ই বুঝতে পারছ সালোকসংশ্লেষণের সময় গাছের পাতার ক্লোরোফিল আলো থেকে তার প্রয়োজনীয় অন্য রংগুলো শোষণ করে সবুজ রংটি ফিরিয়ে দেয়। ক্লোরোফিল দ্বারা শোষিত এই আলোক শক্তি সালোকসংশ্লেষণের পরের ধাপগুলো সম্পন্ন করার জন্য  রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। এই রাসায়নিক শক্তি এটিপি (ATP: এডিনোসিন ট্রাইফসফেট) এবং NADPH (নিকোটিনামাইড অ্যাডেনিন ডাইনিউক্লিওটাইড ফসফেট) নামক দুটি অণুতে সঞ্চিত হয়।

চিত্র ১০.১: এটিনি-এর ফসফেট বন্ধন ভেঙ্গে শক্তির সৃষ্টি হয়।

জীবদেহে এটিপি সকল বিক্রিয়ার জন্য শক্তি জমা রাখে এবং চাহিদা অনুসারে সরবরাহ করে থাকে, এ কারণে এটিপি কোষের জৈবমুদ্রা (Biological coin) নামেও পরিচিত (চিত্র ১০.১)। তুমি যখন তোমার মাংসপেশি ব্যবহার করো সেই শক্তিটিও এটিপি নামের এই শক্তিসঞ্চিত জৈব অণু সরবরাহ করে। এটিপিতে তিনটি ফসফেট গ্রুপ শক্তিশালী রাসায়নিক বন্ধন দিয়ে যুক্ত থাকে, এই রাসায়নিক বন্ধনে শক্তি সঞ্চিত থাকে। এই রাসায়নিক বন্ধন ভেঙে একটি ফসফেট গ্রুপকে মুক্ত করা হলে রাসায়নিক বিক্রিয়া করার জন্য শক্তি বের হয়ে আসে। তখন তিনটির পরিবর্তে দুইটি ফসফেট থাকে বলে এটিকে এডিপি (ADP: এডিনোসিন ডাইফসফেট) বলা হয়। কাজেই আমরা বলতে পারি সালোকসংশ্লেষণের একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ হচ্ছে এডিপিকে এটিপি-তে রূপান্তর করার মাধ্যমে সৌরশক্তিকে রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তর করা।

NADPH -এর বেলায় ক্লোরোপ্লাস্টে সৌরশক্তিকে রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তর করার জন্য NADP -এর সঙ্গে হাইড্রোজেন (H) সংযুক্ত করা হয় এবং এখানেও NADPH -এর হাইড্রোজেনকে (H) অবমুক্ত করে সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়া সম্পন্ন করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি পাওয়া যায়।

১০.৩ সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার স্থানপাতার মেসোফিল টিস্যু সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার প্রধান স্থান। স্থলজ সবুজ উদ্ভিদ মাটি থেকে  মূলের মাধ্যমে পানি শোষণ করে পাতার মেসোফিল টিস্যুর ক্লোরোপ্লাস্টে পৌঁছায় এবং স্টোমাটা বা পত্ররন্ধ্রের মাধ্যমে বায়ু থেকে কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্রহণ করে, যা মেসোফিল টিস্যুর ক্লোরোপ্লাস্টে পৌঁছে। সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়াটি শুরু থেকে শেষ পর্যন্ত ক্লোরোপ্লাস্ট নামক সাইটোপ্লাজমিক অঙ্গাণুতে ঘটে থাকে।

ক্লোরোপ্লাস্টের গঠন :

১০.৩ চিত্রে ক্লোরোপ্লাস্টের গঠন দেখানো হয়েছে। এটি মোটামুটি 1-2 µm পুরু এবং এর ব্যাস 5-7 µm। ক্লোরোপ্লাস্ট আকার ডিম্বাকৃতির এবং এটিতে দুটি ঝিল্লি আছে: একটি বাইরের ঝিল্লি এবং একটি অভ্যন্তরীণ ঝিল্লি। বাইরের এবং অভ্যন্তরীণ ঝিল্লির মধ্যে প্রায় 10-2 0nm চওড়া আন্তঃঝিল্লি স্থান। অভ্যন্তরীণ ঝিল্লির মধ্যবর্তী স্থানটিই হলো স্ট্রোমা। ক্লোরোপ্লোস্টে গ্রানা (grana) নামের অঞ্চলে সালোকসংশ্লেষণের আলো শোষণ করে রাসায়নিক শক্তি উৎপাদন হয় এবং স্ট্রোমা অঞ্চলে সেই রাসায়নিক শক্তি ব্যবহার করে কার্বন ডাইঅক্সাইড থেকে শর্করা গঠনের বিক্রিয়াটি ঘটে। সালোকসংশ্লেষণের জন্য প্রয়োজনীয় ক্লোরোপ্লাস্টের ভেতরে কয়েকটি অঙ্গাণু হচ্ছে :

 ক্লোরোফিন: একটি সবুজ সালোকসংশ্লেষী রঞ্জক এবং রঞ্জক হওয়ার কারণে এটি সৌরশক্তি হিসেবে নির্দিষ্ট তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের আলোক শোষণ করে।

থাইনাকয়েড: এগুলো ক্লোরোপ্লাস্টের চ্যাপ্টা থলির মতো কাঠামো নিয়ে গঠিত। এগুলো স্ট্রোমার ভেতর ঝুলে থাকে, যেখানে আলোক শক্তি রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। থাইলাকয়েডের পৃষ্ঠে ক্লোরোফিল থাকে। উল্লেখ্য যে, সায়ানোব্যাকটেরিয়াতে ক্লোরোপ্লাস্ট নেই, কিন্তু সেখানে থাইলাকয়েড আছে এবং তার পৃষ্ঠদেশে ক্লোরোফিল এবং আলো সংবেদী অন্য রঞ্জক রয়েছে।

গ্র্যানাম (বহুবচন গ্রানা): অনেকগুলো (10 থেকে 20) থাইলাকয়েড একত্রিত হয়ে গ্র্যানাম গঠন করে যা আলোক শক্তির রাসায়নিক রূপান্তরের স্থান।

১০.৪ সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়া (The process of photosynthesis)

সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়া একটি শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া যেখানে সজীব উদ্ভিদের কোষের ভেতরের ক্লোরোফিল আলোক শক্তিকে ATP এবং NADPH নামক জৈব অণুতে রাসায়নিক শক্তি হিসেবে সঞ্চিত করে এবং ঐ রাসায়নিক শক্তিকে কাজে লাগিয়ে সালোকসংশ্লেষণ বিক্রিয়া ঘটানো হয়। বিক্রিয়াটি এরকম:

তোমরা উপরের রাসায়নিক বিক্রিয়াটি থেকে দেখতে পাচ্ছ সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় । অণু হেক্সোজ শর্করা (গ্লুকোজ) তৈরি করতে 6 অণু CO2 ও 12 অণু H2O প্রয়োজন পড়ে। এখানে H2O জারিত হয়ে O2 মুক্ত হয়, অন্যদিকে কার্বন ডাইঅক্সাইড বিজারিত হয়ে তার সঙ্গে হাইড্রোজেন সংযুক্ত হয়। এ কারণে সালোকসংশ্লেষণকে একটি জটিল জারণ-বিজারণ প্রক্রিয়া বলা হয়। সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার অনেকগুলো ধাপ থাকলেও এটিকে আলোকনির্ভর (Light dependent) এবং আলোক নিরপেক্ষ (Light independent) এ দুটি মূল পর্যায়ে ভাগ করা যায় (চিত্র ১০.৩)।

১০.৪.১ আলোকনির্ভর পর্যায় (Light dependent phase)

সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার যে পর্যায়ে আলোক শক্তি রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে ATP ও NADPH -তে সঞ্চারিত হয়, তাকে আলোকনির্ভর পর্যায় বলে। এ অংশের জন্য আলোক অপরিহার্য। এই রাসায়নিক বিক্রিয়াটি নিচে দেখানো হলো : 

বিক্রিয়াটিতে অজৈব ফসফেটকে Pi হিসেবে দেখানো হয়েছে।

সালোকসংশ্লেষণের আলোকনির্ভর পর্যায়ের বিক্রিয়াগুলো আলোর উপস্থিতিতে ক্লোরোপ্লাস্টিডের গ্রানার মধ্যে সংঘটিত হয়। এই পর্যায়ের মূল ঘটনাগুলো হলো :

ক্লোরোফিনের সক্রিয়তা: এই বিক্রিয়ায় ক্লোরোফিল গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। সূর্যালোকের ফোটন কণা শোষণ করে ক্লোরোফিল অণু সক্রিয় ও তেজোময় হয়ে ওঠে।

ফটোলাইসিস: সক্রিয় ক্লোরোফিল অণু পানিকে বিয়োজিত করে অক্সিজেন, হাইড্রোজেন এবং ইলেকট্রন উৎপন্ন করে। এই অক্সিজেন পাতার পত্ররন্ধ্র দিয়ে পরিবেশে নির্গত হয়ে যায়।

ফটোফসফোরাইলেশন: এই প্রক্রিয়ায় পাতার কোষে অবস্থিত যৌগ ADP (অ্যাডিনোসিন ডাই ফসফেট) সূর্যালোকের উপস্থিতিতে অজৈব ফসফেট (Pi) সঙ্গে যুক্ত হয়ে উচ্চ শক্তিসম্পন্ন যৌগ ATP (অ্যাডিনোসিন ট্রাইফসফেট) গঠন করে।

বিজারিত NADPH গঠন: পাতার কোষে অবস্থিত যৌগ NADP হাইড্রোজেন আয়নের সঙ্গে যুক্ত হয়ে বিজারিত NADPH গঠন করে, যেটি শক্তির উৎস হিসেবে কাজ করে।

১০.৪.২ আনোক নিরপেক্ষ পর্যায় (Light independent phase)

সালোকসংশ্লেষণের আলোক-নির্ভর পর্যায়ে আলোক শক্তি ব্যবহার করে যে ATP এবং NADPH সৃষ্টি হয় সেগুলোকে শক্তির উৎস হিসেবে ব্যবহার করে আলোক নিরপেক্ষ পর্যায়ে বাতাস থেকে কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্রহণ করে কার্বহাইড্রেট বা সুগার তৈরি করা হয়। ATP এবং NADPH থেকে শক্তি গ্রহণ করার পর সেগুলো যথাক্রমে ADP এবং NADP-তে রূপান্তরিত হয় এবং আলোক-নির্ভর পর্যায়ে সেগুলো পুনরায় শক্তি সঞ্চয় করে। বিক্রিয়াগুলো উৎসেচকের সাহায্যে ক্লোরোপ্লাস্টিডের স্ট্রোমার মধ্যে চক্রাকারে ঘটতে থাকে এবং এর জন্য আলোর প্রয়োজন হয় না। এই চক্রটির আবিষ্কারক ড. মেলভিন কেলভিনের নামানুসারে এই প্রক্রিয়াকে কেলভিন চক্র বলা হয়।

সালোকসংশ্লেষণে কার্বনের গ্যাসীয় অবস্থা থেকে কার্বহাইড্রেটে পরিণত করে যা পৃথিবীর অন্যান্য জীব ব্যবহার করতে পারে। একে কার্বন ফিক্সেশন বা কার্বন সংবন্ধন বলে। তোমাদের নিশ্চয়ই মনে আছে যে পৃথিবীতে জীবন কার্বনভিত্তিক এবং ক্যালভিন চক্রে কার্বন সংবন্ধন জীবন টিকিয়ে রাখার জন্য অন্যতম ঘটনা। সালোকসংশ্লেষণ সব সময় সর্বোচ্চ গতিতে কাজ করে না; আলোর তীব্রতা, কার্বন ডাইঅক্সাইডের পরিমাণ, তাপমাত্রা এবং পানির পরিমাণও সালোকসংশ্লেষণের হারকে প্রভাবিত করতে পারে।

১০.৫ সালোকসংশ্লেষণের গুরুত্ব

সালোকসংশ্লেষের মূল তাৎপর্য বা গুরুত্ব হলো তিনটি, যেমন-

১। সৌরশক্তি আবদ্ধকরণ এবং খাদ্যের মধ্যে স্থিতিশক্তিতে রূপান্তরকরণ: সূর্য পৃথিবীর সকল শক্তির উৎস। সালোকসংশ্লেষণের সময় সবুজ উদ্ভিদ সৌরশক্তিকে শোষণ করে এবং তাকে রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে ATP-অণুর মধ্যে আবদ্ধ করে। পরে ঐ শক্তি উৎপন্ন খাদ্যের মধ্যে স্থিতিশক্তিরূপে সঞ্চিত হয়। ঐ শক্তি উদ্ভিদের বিভিন্ন বিপাকীয় কাজে লাগে। পরভোজী প্রাণীরা উদ্ভিদজাত খাদ্য গ্রহণের মাধ্যমে প্রয়োজনীয় শক্তি অর্জন করে থাকে। কাঠকয়লা, পেট্রোল ইত্যাদির মধ্যে যে শক্তি নিহিত থাকে, তা প্রকৃতপক্ষে অনেক বছর আগেকার উদ্ভিদের মধ্যে আবদ্ধ সৌরশক্তি।

২। গ্লুকোজকে শ্বেতসারে রূপান্তর এবং সঞ্চয়ী অঙ্গে পরিবহণ: সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন হয় সরল শর্করা গ্লুকোজ, যা শ্বেতসারে রূপান্তরিত হয়ে উদ্ভিদের ফল, মূল, বীজ এরকম বিভিন্ন সঞ্চয়ী অঙ্গে সঞ্চিত হয়। গ্লুকোজ থেকে প্রোটিন, ফ্যাট ইত্যাদি অন্যান্য খাদ্যবস্তু সংশ্লেষিত হয়। পরভোজী প্রাণীরা প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষভাবে এই উদ্ভিদজাত খাদ্যই গ্রহণ করে। তাই সালোকসংশ্লেষের ফলে উৎপন্ন খাদ্যই হলো খাদ্যের মূল উৎস।

৩। পরিবেশে অক্সিজেন ও কার্বন ডাই-অক্সাইডের ভারসাম্য রক্ষা: বায়ুমণ্ডলে CO, গ্যাসের স্বাভাবিক পরিমাণ হলো 0.04% এবং ০-এর স্বাভাবিক পরিমাণ হচ্ছে 21%। সালোকসংশ্লেষের সময় সবুজ উদ্ভিদরা কার্বন ডাই-অক্সাইড গ্রহণ এবং অক্সিজেন বর্জনের মাধ্যমে পরিবেশের O-CO-এর ভারসাম্য বজায় রাখে।