અધ્યાય 14 વનસ્પતિઓમાં શ્વસન કસરતો

જવાબ

(a) શ્વસન અને દહન

(b) ગ્લાયકોલિસિસ અને ક્રેબ્સ ચક્ર

(c) ઍરોબિક શ્વસન અને કિણ્વન

જવાબ

શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઑક્સિડાઇઝ થતા સંયોજનોને શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટ કહેવામાં આવે છે. કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, ખાસ કરીને ગ્લુકોઝ, શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટ તરીકે કાર્ય કરે છે. ચરબી, પ્રોટીન અને કાર્બનિક ઍસિડ પણ શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટ તરીકે કાર્ય કરે છે.

જવાબ

ગ્લુકોઝ-6-ફોસ્ફ

ADP

ફ્રુક્ટોઝ 1, 6-બાયસફોસ્ફેટ

$\underbrace{(6 C)}$

ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ (ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ-3-ફોસ્ફેટ)

$ NAD^{+} $

$2 \times$ ટ્રાયોઝ બાયસફોસ્ફેટ

(1,3 બાયસફોસ્ફોગ્લિસરિક ઍસિડ)

(3C)

ADP

ATP

$2 \times$ ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ

(3 - ફોસ્ફોગ્લિસરિક ઍસિડ)

(3C)

$2 \times 2$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ

$2 \times$ ફોસ્ફોઇનોલપાયરુવેટ

$2 \times$ પાયરુવિક ઍસિડ

(3C)

જવાબ

ઍરોબિક શ્વસનમાં મુખ્ય પગલાં અને તે થાય છે તે સ્થળો નીચેના કોષ્ટકમાં દર્શાવેલ છે.

જવાબ

જવાબ

ETS અથવા ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન તંત્ર માઇટોકોન્ડ્રિયાની આંતરિક પટલમાં સ્થિત છે. તે $NADH+H^{+}$ અને $FADH H_2 NADH+H^{+}$ માં સંગ્રહિત ઊર્જા મુક્ત કરવામાં અને ઉપયોગમાં લેવામાં મદદ કરે છે, જે ગ્લાયકોલિસિસ અને સાઇટ્રિક ઍસિડ ચક્ર દરમિયાન બને છે, NADH ડિહાઇડ્રોજિનેઝ (કોમ્પ્લેક્સ I) દ્વારા ઑક્સિડાઇઝ થાય છે. આ રીતે ઉત્પન્ન થયેલા ઇલેક્ટ્રોન FMN દ્વારા યુબિક્વિનોનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. તે જ રીતે, સાઇટ્રિક ઍસિડ ચક્ર દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ FADH $_2$ (કોમ્પ્લેક્સ II) યુબિક્વિનોનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. યુબિક્વિનોનમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સાયટોક્રોમ bc $_1$ (કોમ્પ્લેક્સ III) દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે અને આગળ સાયટોક્રોમ $c$ માં સ્થાનાંતરિત થાય છે. સાયટોક્રોમ $c$ કોમ્પ્લેક્સ III અને સાયટોક્રોમ c ઑક્સિડેઝ કોમ્પ્લેક્સ વચ્ચે મોબાઇલ વાહક તરીકે કાર્ય કરે છે, જેમાં સાયટોક્રોમ $a$ અને $a_3$, કોપર કેન્દ્રો (કોમ્પ્લેક્સ IV) સાથે હોય છે.

દરેક કોમ્પ્લેક્સમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ દરમિયાન, આ પ્રક્રિયા ATP સિન્થેઝ (કોમ્પ્લેક્સ V) ની ક્રિયા દ્વારા ADP અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટમાંથી ATP નું ઉત્પાદન સાથે સંકળાયેલી હોય છે. ઉત્પન્ન થતા ATP ની માત્રા ઑક્સિડાઇઝ થયેલા અણુ પર આધારિત છે. એક NADH અણુના ઑક્સિડેશનથી 2 ATP અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે. એક $FADH_2$ અણુ, ઑક્સિડેશન પર, 3 ATP અણુઓ આપે છે.

જવાબ

(a) ઍરોબિક શ્વસન અને એનારોબિક શ્વસન

(b) ગ્લાયકોલિસિસ અને કિણ્વન

(c) ગ્લાયકોલિસિસ અને સાઇટ્રિક ઍસિડ ચક્ર

જવાબ

ATP અણુઓની સૈદ્ધાંતિક ગણતરી માટે, વિવિધ ધારણાઓ કરવામાં આવે છે, જે નીચે મુજબ છે.

(a) એવું ધારવામાં આવે છે કે ઍરોબિક શ્વસનના વિવિધ ભાગો જેમ કે ગ્લાયકોલિસિસ, TCA ચક્ર અને ETS ક્રમિક અને સુવ્યવસ્થિત માર્ગમાં થાય છે.

(b) ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ NADH ઑક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરિલેશનમાં પસાર થવા માટે માઇટોકોન્ડ્રિયામાં પ્રવેશે છે.

(c) ગ્લુકોઝ અણુને એકમાત્ર સબ્સ્ટ્રેટ ગણવામાં આવે છે જ્યારે એવું ધારવામાં આવે છે કે કોઈ અન્ય અણુ મધ્યવર્તી તબક્કાઓમાં માર્ગમાં પ્રવેશતો નથી.

(d) શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા મધ્યવર્તી પદાર્થોનો કોઈ અન્ય પ્રક્રિયામાં ઉપયોગ થતો નથી.

જવાબ

શ્વસનને સામાન્ય રીતે કેટાબોલિક પ્રક્રિયા ગણવામાં આવે છે કારણ કે શ્વસન દરમિયાન, ઊર્જા મેળવવા માટે વિવિધ સબ્સ્ટ્રેટ્સ તોડવામાં આવે છે. શ્વસન માર્ગમાં પ્રવેશતા પહેલા કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ ગ્લુકોઝમાં તોડવામાં આવે છે. ચરબી ફેટી ઍસિડ અને ગ્લિસરોલમાં રૂપાંતરિત થાય છે જ્યારે ફેટી ઍસિડ શ્વસનમાં પ્રવેશતા પહેલા એસિટાઇલ CoA માં રૂપાંતરિત થાય છે. તે જ રીતે, પ્રોટીન એમિનો ઍસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે ડિએમિનેશન પછી શ્વસનમાં પ્રવેશે છે.

ફેટી ઍસિડના સંશ્લેષણ દરમિયાન, એસિટાઇલ CoA શ્વસન માર્ગમાંથી પાછું ખેંચવામાં આવે છે. તેમજ, પ્રોટીનના સંશ્લેષણમાં, શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટ પાછા ખેંચવામાં આવે છે. આમ, શ્વસન એનાબોલિઝમમાં પણ સામેલ છે. તેથી, શ્વસનને એમ્ફિબોલિક માર્ગ તરીકે ઓળખી શકાય કારણ કે તેમાં એનાબોલિઝમ અને કેટાબોલિઝમ બંને સામેલ છે.

જવાબ

શ્વસન ગુણાંક $(RQ)$ અથવા શ્વસન ગુણોત્તરને શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $CO_2$ ના કદ અને વપરાયેલ $O_2$ ના કદના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય. શ્વસન ગુણાંકનું મૂલ્ય શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટના પ્રકાર પર આધારિત છે. તેનું મૂલ્ય કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ માટે એક છે. જો કે, ચરબી માટે તે હંમેશા એક કરતાં ઓછું હોય છે કારણ કે ચરબી કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ કરતાં શ્વસન માટે વધુ ઑક્સિજનનો વપરાશ કરે છે.

તે ટ્રાયપાલ્મિટિન ફેટી ઍસિડના ઉદાહરણ દ્વારા સમજાવી શકાય છે, જે શ્વસન માટે 145 $O_2$ અણુઓનો વપરાશ કરે છે જ્યારે 102 $CO_2$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે. ટ્રાયપાલ્મિટિન માટે $RQ$ મૂલ્ય 0.7 છે.

જવાબ

ઑક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરિલેશન એ એક પ્રક્રિયા છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોન દાતાઓમાંથી ઑક્સિજનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોન ગ્રાહક તરીકે કાર્ય કરે છે. પ્રોટોન ઢાળની રચનામાં ઑક્સિડેશન-રિડક્શન પ્રતિક્રિયાઓ સામેલ હોય છે. ઑક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરિલેશનમાં મુખ્ય ભૂમિકા ઉત્સેચક ATP સિન્થેઝ (કોમ્પ્લેક્સ V) દ્વારા ભજવવામાં આવે છે. આ ઉત્સેચક કોમ્પ્લેક્સમાં $F_0$ અને $F_1$ ઘટકો હોય છે. $F_1$ હેડપીસ એ પેરિફેરલ પટલ પ્રોટીન કોમ્પ્લેક્સ છે અને ADP અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટમાંથી ATP સંશ્લેષણ માટેની સાઇટ ધરાવે છે. $F_0$ ઘટક મેમ્બ્રેન પ્રોટીન કોમ્પ્લેક્સનો એક ભાગ છે, જે પ્રોટોનના માઇટોકોન્ડ્રિયાની આંતરિક પટલથી માઇટોકોન્ડ્રિયલ મેટ્રિક્સમાં પસાર થવા માટે ચેનલ તરીકે કાર્ય કરે છે. $F_0-F_1$ કોમ્પ્લેક્સમાંથી પસાર થતા દરેક બે પ્રોટોન માટે, એક ATP અણુનું સંશ્લેષણ થાય છે.

જવાબ

ઍરોબિક શ્વસનની પ્રક્રિયા ચાર તબક્કાઓ - ગ્લાયકોલિસિસ, TCA ચક્ર, ETS અને ઑક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરિલેશનમાં વહેંચવામાં આવી છે. એવું સામાન્ય રીતે ધારવામાં આવે છે કે શ્વસનની પ્રક્રિયા અને દરેક તબક્કામાં ATP નું ઉત્પાદન પગલાવાર રીતે થાય છે. એક માર્ગનું ઉત્પાદન બીજા માર્ગનું સબ્સ્ટ્રેટ બને છે. શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા વિવિધ અણુઓ અન્ય જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં સામેલ હોય છે. શ્વસન સબ્સ્ટ્રેટ જરૂરિયાત પર માર્ગમાં પ્રવેશે છે અને પાછા ખેંચાય છે. ATP જ્યાં જરૂરી હોય ત્યાં ઉપયોગમાં લેવાય છે અને ઉત્સેચક દરો સામાન્ય રીતે નિયંત્રિત હોય છે. આમ, ઊર્જાનું પગલાવાર મુક્ત થવું સિસ્ટમને ઊર્જા કાઢવા અને સંગ્રહિત કરવામાં વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે.