अध्याय 14 पौधों में श्वसन
बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)
1. एक एरोबिक जीव में श्वसन का अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही होता है
(a) साइटोक्रोम
(b) ऑक्सीजन
(c) हाइड्रोजन
(d) ग्लूकोज
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सोचने की प्रक्रिया
ऑक्सीजन एरोबिक परिस्थितियों में श्वसन के लिए प्रेरक बल होता है।
उत्तर
(b) ऑक्सीजन एरोबिक श्वसन में अंतिम हाइड्रोजन ग्राही होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के अंत में यह इलेक्ट्रॉनों के एक युग्म को ग्रहण करता है और हाइड्रोजन परमाणु के साथ मिलकर जल अणु बनाता है।
2. ग्लाइकोलिसिस के दौरान ग्लूकोज का फॉस्फोरिलेशन किस एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है
(a) फॉस्फोग्लूकोम्यूटेज
(b) फॉस्फोग्लूकोआइसोमरेज
(c) हेक्सोकाइनेज
(d) फॉस्फोरिलेज
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उत्तर
(c) हेक्सोकाइनेज ATP अणु के उपयोग से ग्लूकोज को ग्लूकोज 6-फॉस्फेट में बदलने वाली फॉस्फोरिलेशन अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।
अन्य विकल्प गलत हैं क्योंकि
फॉस्फोग्लूकोम्यूटेज एक ऐसा एंजाइम है जो D-ग्लूकोज मोनोमर में 1 से 6 स्थिति तक कार्बन पर फॉस्फेट समूह स्थानांतरित करता है (ग्लूकोज 1-फॉस्फेट को ग्लूकोज-6 फॉस्फेट में बदलता है)।
फॉस्फोग्लूकोआइसोमरेज ग्लूकोज 6 फॉस्फेट को फ्रुक्टोज 6 फॉस्फेट में बदलने की अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।
फॉस्फोरिलेज एक एंजाइम है जो अकार्बनिक फॉस्फेट से फॉस्फेट $PO_{4}^{-}$ समूह को एक स्वीकारकर्ता में जोड़ने की क्रिया को उत्प्रेरित करता है।
3. ग्लाइकोलिसिस का मुख्य उत्पाद पाइरूविक एसिड कई चयापचयी भाग्यों को प्राप्त कर सकता है। वायवीय (एरोबिक) परिस्थितियों में यह बनाता है
(a) लैक्टिक एसिड
(b) $CO_{2}+H_{2} \mathrm{O}$
(c) एसिटिल $\mathrm{Co}-\mathrm{A}+CO_{2}$
(d) एथेनॉल $+CO_{2}$
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सोचने की प्रक्रिया
ग्लाइकोलिसिस जीवित कोशिका के साइटोसॉल में होती है और एक ग्लूकोस अणु से दो पाइरूविक एसिड अणु उत्पन्न करती है
उत्तर
(c) ग्लाइकोलिसिस द्वारा प्राप्त उत्पाद पाइरूवेट, वायवीय परिस्थितियों में अपने कार्बॉक्सिल समूह को $CO_{2}$ के रूप में खोकर ऑक्सीकृत होता है और एसिटिल Co-A देता है। यह एसिटिल Co-A सिट्रिक एसिड चक्र में पूरी तरह ऑक्सीकृत होकर $CO_{2}+H_{2} \mathrm{O}$ बनाता है। अन्य विकल्प गलत हैं क्योंकि
लैक्टिक एसिड मांसपेशियों में अवायवीय (एनारोबिक) परिस्थितियों में बनता है
एथेनॉल और $\mathrm{CO}_{2}$ खमीर कोशिकाओं में अवायवीय श्वसन के उत्पाद हैं।
$CO_{2}$ और $H_{2} \mathrm{O}$ कोशिकीय श्वसन के अंत में जारी किए जाने वाले अंतिम और पूर्ण अभिक्रिया उत्पाद हैं।
4. इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र (ETS) माइटोकॉन्ड्रियल में स्थित होता है
(a) बाह्य झिल्ली
(b) अंतरझिल्ली स्थान
(c) आंतरिक झिल्ली
(d) मैट्रिक्स
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उत्तर
(c) इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में उपस्थित होता है, जिसमें कई प्रोटॉन $\left(\mathrm{H}^{+}\right)$और इलेक्ट्रॉन $\left(e^{-}\right)$ स्वीकारकर्ताओं के समूह होते हैं।
5. निम्नलिखित में से किसमें श्वसन की सबसे अधिक दर पाई जाती है?
(a) बढ़ता हुआ शूट शीर्ष
(b) अंकुरित होता हुआ बीज
(c) जड़ सिरा
(d) पत्ती की कल
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सोचने की प्रक्रिया
सभी उपापचयी रूप से सक्रिय कोशिकाओं और ऊतकों में श्वसन की उच्च दर होती है
उत्तर
(b) अंकुरित होते बीजों में श्वसन की सबसे अधिक दर होती है। जैसे ही बीज जल का आस्वादन करते हैं, जल-अपघटक एंजाइम सक्रिय हो जाते हैं और संचित खाद्य पदार्थों को गतिशील बनाते हैं, इसलिए बीज उच्च उपापचयी सक्रियता दिखाते हैं और एक छोटे से पौधे में अंकुरित हो जाते हैं।
इन सभी क्रियाओं के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो श्वसन की बढ़ी हुई दर से प्राप्त होती है।
7. माइटोकॉन्ड्रिया को कोशिका की पॉवरहाउस कहा जाता है। निम्नलिखित में से कौन-सा प्रेक्षण इस कथन का समर्थन करता है?
(a) माइटोकॉन्ड्रिया ATP संश्लेषित करते हैं
(b) माइटोकॉन्ड्रिया में दोहरी झिल्ली होती है
(c) क्रेब्स चक्र के एंजाइम और साइटोक्रोम माइटोकॉन्ड्रिया में पाए जाते हैं।
(d) माइटोकॉन्ड्रिया लगभग सभी पादप और प्राणी कोशिकाओं में पाए जाते हैं।
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उत्तर
(a) माइटोकॉन्ड्रिया दोहरी झिल्ली से बंधित संरचनाएँ होती हैं और ATP उत्पादन का स्थल होती हैं, जो कोशिका की ऊर्जा मुद्रा है।
शेष कथन यद्यपि सही हैं, परंतु ये यह सत्यापित नहीं करते कि माइटोकॉन्ड्रिया पॉवरहाउस हैं।
8. ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन का अंतिम उत्पाद है
(a) $\mathrm{NADH}$
(b) ऑक्सीजन
(c) ADP
(d) $\mathrm{ATP}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$
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सोचने की प्रक्रिया
एन्जाइमैटिक रूप से नियंत्रित कुछ विशिष्ट अभिक्रियाओं के तहत ADP + Pi से ATP का निर्माण फॉस्फोरिलेशन कहलाता है।
उत्तर
(d) ग्लूकोज अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण 38 ATP अणुओं, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करता है, जो अपचयित सह-एंजाइमों के ऑक्सीकरण के दौरान मुक्त हुई ऊर्जा की सहायता से होता है। इस प्रक्रिया को ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन कहा जाता है।
9. निम्न स्तंभों का मिलान कीजिए।
| स्तंभ I | स्तंभ II | ||
|---|---|---|---|
| A. | आण्विक ऑक्सीजन | 1. | $\boldsymbol{\alpha}$ - केटोग्लूटरिक अम्ल (1) |
| B. | इलेक्ट्रॉन स्वीकार्य | 2. | हाइड्रोजन स्वीकार्य (A) |
| C. | पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज | 3. | साइटोक्रोम- $\boldsymbol{C}$ (B) |
| D. | डिकार्बोक्सिलेशन | 4. | एसिटिल Co - A (C) |
विकल्प
$ \begin{array}{ccccc} & \mathrm{A} & \mathrm{B} & \mathrm{C}& \mathrm{D}\\ \mathrm{(a)} & 2 & 3 & 4 & 1 \\ \mathrm{(b)} & 3 & 4 & 2 & 1 \\ \mathrm{(c)} & 2 & 1 & 3 & 4 \\ \mathrm{(d )} & 4 & 3 & 1 & 2 \\ \end{array} $
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उत्तर
(a) आण्विक ऑक्सीजन अंततः इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन (ETC) के अंत में हाइड्रोजन से मिलकर पानी बनाती है।
साइटोक्रोम-c ETS में एक इलेक्ट्रॉन स्वीकार्य है।
पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज वह अभिक्रिया उत्प्रेरित करता है जो पाइरूविक अम्ल को एसिटिल Co-A में बदलता है। ऑक्सालोसक्सिनेट का डिकार्बोक्सिलेशन $\alpha$-केटोग्लूटरिक अम्ल बनाता है, जो एक डिकार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया है।
बहुत ही लघु उत्तर प्रकार के प्रश्न
1. श्वसन में यौगिकों के ऑक्सीकरण के दौरान ऊर्जा मुक्त होती है। यह ऊर्जा संग्रहित कैसे की जाती है और जब आवश्यक हो तब इसे कैसे मुक्त किया जाता है?
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सोचने की प्रक्रिया
एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट (ATP) अणु प्रत्येक जीवित कोशिका की ऊर्जा मुद्रा होते हैं।
उत्तर
चीनी, वसा और प्रोटीन जैसे जटिल कार्बनिक भोजन अणु कोशिकाओं के लिए ऊर्जा के समृद्ध स्रोत होते हैं क्योंकि इन अणुओं को बनाने में प्रयुक्त अधिकांश ऊर्जा उनको एक साथ रखने वाले रासायनिक बंधों में संग्रहित रहती है। कोशिकाएँ यह संग्रहित ऊर्जा ऑक्सीकरण अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से मुक्त करती हैं।
भोजन के विघटन में शामिल प्रत्येक ऑक्सीकरण अभिक्रिया के दौरान, अभिक्रिया का उत्पाद दाता अणु की तुलना में कम ऊर्जा सामग्री वाला होता है। साथ ही, इलेक्ट्रॉन ग्राही अणु ऑक्सीकरण के दौरान खोई गई कुछ ऊर्जा को पकड़ लेते हैं और उसे बाद में उपयोग के लिए संग्रहित कर लेते हैं।
कोशिकाएँ ऑक्सीकरण अभिक्रियाओं से प्राप्त ऊर्जा को ATP जैसी ऊर्जा-समृद्ध अणुओं में परिवर्तित करती हैं, जिनका उपयोग पूरी कोशिका में चयापचय को संचालित करने और नए कोशिकीय घटकों के निर्माण के लिए किया जा सकता है।
2. ‘ऊर्जा मुद्रा’ शब्द की व्याख्या कीजिए। पौधों और जानवरों में ऊर्जा मुद्रा का कार्य कौन-सा पदार्थ करता है?
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उत्तर
ऊर्जा मुद्रा शब्द उस अणु को संदर्भित करता है जो कोशिकीय क्रियाओं के लिए, जब भी आवश्यक हो, ऊर्जा प्रदान करता है। ATP को ऊर्जा मुद्रा कहा जाता है क्योंकि ऊर्जा ATP के उच्च ऊर्जा बंधों के रूप में उपस्थित होती है। अन्य ऊर्जा-दायक अणु GTP, CTP, UTP आदि हैं।
ATP के ADP में रूपांतरण से लगभग $7.3 \mathrm{kcal} / \mathrm{mol}$ ऊर्जा मुक्त होती है। यह ऊर्जा पौधों और जानवरों दोनों में होने वाली विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं का स्रोत है।
ATP को ‘ऊर्जा मुद्रा’ कहने का औचित्य इस प्रकार दिया जा सकता है
(i) यह ऊर्जा के छोटे-छोटे पैकेट तुरंत संग्रहित कर लेता है जैसे ही वह उपलब्ध हो, इस प्रकार इसके अपव्यय को न्यूनतम करता है।
(ii) यह ऊर्जा को कोशिका में उस स्थान से दूर उपलब्ध करा सकता है जहाँ वह उत्पन्न हुई है।
(iii) यह भारी कार्य/गतिविधि को लगातार बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आपूर्ति करके कर सकता है, जिसे वह एक स्थान पर संचित करता है।
3. श्वसन के दौरान विभिन्न आधार ऑक्सीकृत होते हैं। श्वसन गुणांक ( $R Q$ ) कैसे दर्शाता है कि किस प्रकार का आधार, अर्थात् कार्बोहाइड्रेट, वसा या प्रोटीन, ऑक्सीकृत हो रहा है?
$$ \text { R.Q. }=\frac{A}{B} $$
$A$ और $B$ किसके लिए प्रयुक्त होते हैं?
किस प्रकार के आधारों का R.Q. मान $1,<1$ या $>1$ होता है?
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उत्तर
श्वसन में $CO_{2}$ के उत्सर्जन और $\mathrm{O}_{2}$ की खपत का अनुपात श्वसन गुणांक $(\mathrm{RQ})$ या श्वसन अनुपात कहलाता है।
$$ \text { R.Q. }=\frac{A}{B}=\frac{\text { उत्सर्जित } CO_{2} \text{ का आयतन }}{\text{ उपभुक्त } O_{2} \text{ का आयतन }} $$
सब्सट्रेट्स जैसे कार्बोहाइड्रेट्स का एरोबिक श्वसन के दौरान (\mathrm{RQ}=1) होता है।
प्रोटीन्स और वसा का (R Q) (<1) होता है और यह बीजों के अंकुरण के दौरान होता है।
सब्सट्रेट्स जैसे कार्बोक्सिलिक अम्लों का एरोबिक परिस्थितियों में (\mathrm{RQ}) (>1) होता है।
4. (F_{0}-F_{1}) कण किसके संश्लेषण में भाग लेते हैं
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उत्तर
आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में उपस्थित (F_{0}-F_{1}) कण कोशिका की ऊर्जा मुद्रा ATP (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के संश्लेषण में संलग्न होते हैं।
5. मनुष्य और यीस्ट में अवायवीय श्वसन कब होता है?
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सोचने की प्रक्रिया
अवायवीय श्वसन वह श्वसन-रूप है जो ऑक्सीजन के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन ग्राहकों का उपयोग करते हुए होता है।
उत्तर
(a) जानवरों में अवायवीय श्वसन ऑक्सीजन की कमी की स्थिति में भारी व्यायाम के समय होता है जब पिरुविक अम्ल एंजाइम लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा लैक्टिक अम्ल में अपचयित होता है।
(b) यीस्ट में ग्लूकोज की अपूर्ण ऑक्सीकरण अवायवीय परिस्थितियों में होती है, जहाँ पिरुविक अम्ल एंजाइम पिरुविक अम्ल डिकार्बॉक्सिलेज और अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज की क्रिया द्वारा (\mathrm{CO}_{2}) और एथेनॉल में रूपांतरित होता है।
6. निम्नलिखित में से कौन ऑक्सीकरण पर अधिक ऊर्जा मुक्त करेगा? इन्हें आरोही क्रम में व्यवस्थित करें।
(a) $1 \mathrm{gm}$ वसा
(b) $1 \mathrm{gm}$ प्रोटीन
(c) $1 \mathrm{gm}$ ग्लूकोज
(d) $0.5 \mathrm{gm}$ प्रोटीन $+0.5 \mathrm{gm}$ ग्लूकोज
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सोचने की प्रक्रिया
कई जैविक कार्बनिक अणु कोशिकीय श्वसन के लिए क्रियाधार के रूप में कार्य करते हैं और ATP अणुओं के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए टूटते हैं।
उत्तर
ऑक्सीकरण पर अधिक ऊर्जा मुक्त करने वाले क्रियाधार का आरोही क्रम इस प्रकार होगा:
$1 \mathrm{gm}$ प्रोटीन $<0.5 \mathrm{gm}$ प्रोटीन $<1 \mathrm{gm}$ ग्लूकोज $<1 \mathrm{gm}$ वसा $+0.5 \mathrm{gm}$ ग्लूकोज
7. स्केलेटल मांसपेशी में वायविक ग्लाइकोलिसिस और यीस्ट में अवायविक किण्वन के उत्पाद क्रमशः हैं
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उत्तर
स्केलेटल मांसपेशियों में वायविक ग्लाइकोलिसिस का उत्पाद पाइरुविक अम्ल है जबकि यीस्ट में अवायविक किण्वन एथेनॉल और $\mathrm{CO}_{2}$ उत्पन्न करता है।
लघु उत्तरीय प्रश्न
1. यदि कोई व्यक्ति चक्कर महसूस कर रहा हो तो उसे तुरंत ग्लूकोज या फलों का रस दिया जाता है लेकिन चीज़ सैंडविच नहीं, जिसमें अधिक ऊर्जा हो सकती है। समझाइए।
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सोचने की प्रक्रिया
ऊर्जा की आवश्यकता प्रत्येक जीवित कोशिका को अपने चयापचय को संचालित करने और इस प्रकार जीवित रहने के लिए होती है।
उत्तर
ग्लूकोज जैसे ही अवशोषित होकर रक्त में पहुँचता है, तुरंत ऊर्जा प्रदान करता है। जबकि चीज़ सैंडविच को पचने और अवशोषित होने में समय लगेगा। बीमार व्यक्ति को तत्काल ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए उन्हें ग्लूकोज या फलों के रस जिनमें ग्लूकोज होता है, दिया जाता है।
2. कथन ‘वायवीय श्वसन अधिक कुशल है’ से क्या तात्पर्य है?
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सोचने की प्रक्रिया
वायवीय श्वसन वह प्रक्रिया है जिसमें ऑक्सीजन की उपस्थिति में कार्बनिक पदार्थों का पूर्ण ऑक्सीकरण होता है और (\mathrm{CO}_{2}), जल और ऊर्जा मुक्त होती है।
उत्तर
वायवीय श्वसन की प्रक्रिया में, एक ग्लूकोज अणु से 36 ATP अणु तक प्राप्त हो सकते हैं। हालाँकि, किण्वन या अवायवीय श्वसन में प्रत्येक ग्लूकोज अणु से केवल 2 ATP अणुओं की शुद्ध प्राप्ति होती है, जो वायवीय श्वसन की तुलना में काफी कम है।
इसलिए, वायवीय श्वसन अधिक कुशल प्रक्रिया है।
3. पाइरूविक अम्ल ग्लाइकोलिसिस का अंतिम उत्पाद है। वायवीय और अवायवीय परिस्थितियों में पाइरूविक अम्ल के तीन चयापचयी भाग्य क्या हैं? आरेख में दिए गए स्थान पर लिखें।
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उत्तर
एरोबिक और अनैरोबिक परिस्थितियों में बने तीन चयापचय उत्पाद हैं
(i) लैक्टिक अम्ल
(ii) एथेनॉल
(iii) एसिटिल कोएंजाइम-A
लैक्टिक अम्ल, पायरुविक अम्ल के ऑक्सीकरण से अनैरोबिक परिस्थिति में कंकाल पेशियों में बनता है।
एथेनॉल, पायरुविक अम्ल के ऑक्सीकरण से अनैरोबिक परिस्थिति में यीस्ट में बनता है।
एसिटिल कोएंजाइम-A, पायरुविक अम्ल के ऑक्सीकरण से बनता है जो एरोबिक परिस्थिति में माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर होता है।
पायरुविक अम्ल $+\mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{NAD}^{+} \frac{\mathrm{Mg}^{2+}}{\text { पायरुवेट डिहाइड्रोजनेज }}$ एसिटिल $\mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+}$
4. ATP के संदर्भ में ऊर्जा उत्पादन एरोबिक श्वसन में अनैरोबिक श्वसन की तुलना में अधिक होता है। एरोबिक परिस्थितियों में रहने वाले जीवों जैसे मनुष्य और एंजियोस्पर्म्स में भी अनैरोबिक श्वसन क्यों होता है?
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सोचने की प्रक्रिया
कोशिकाओं को ऊर्जा देने के लिए चयापचय के कई तरीके विकसित हुए हैं। अनैरोबिक श्वसन उनमें से एक है
उत्तर
मनुष्यों में सामान्य परिस्थितियों में एरोबिक श्वसन होता है। तीव्र परिस्थितियों जैसे भारी व्यायाम के दौरान, पेशियों को बहुत अधिक ऊर्जा (ATP) की आवश्यकता होती है और वह ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए अधिक ऑक्सीजन की खपत करती हैं।
यह उच्च उपभोग ऑक्सीजन की कमी का कारण बनता है और मांसपेशी की कोशिकाएं अपनी ऊर्जा की आवश्यकता को पूरा करने के लिए अनॉक्सी श्वसन द्वारा लैक्टिक अम्ल बनाना शुरू कर देती हैं। इसी प्रकार, ऑक्सीजन की कमी वाली परिस्थितियों में यीस्ट कोशिकाएं अनॉक्सी श्वसन करती हैं, जिससे एथिल अल्कोहल और $CO_{2}$ बनता है।
5. ऑक्सीजन एरोबिक श्वसन के लिए एक आवश्यक आवश्यकता है लेकिन यह श्वसन प्रक्रिया में अंत में प्रवेश करता है? चर्चा करें।
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उत्तर
एरोबिक श्वसन ATP उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। ऑक्सीजन एक अत्यधिक विद्युतऋणात्मक तत्व है और श्वसन प्रक्रिया में अंतिम स्वीकारकर्ता के रूप में कार्य करता है।
यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) से ऊर्जा वाले $e^{-}$(इलेक्ट्रॉनों) को खींचता है और माध्यम से प्रोटॉन लेकर पानी बनाता है।
$\mathrm{O}_{2}$ श्वसन प्रक्रिया में अंत में प्रवेश करता है, यद्यपि इसकी उपस्थिति अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह सिस्टम से हाइड्रोजन को हटाकर एरोबिक श्वसन की प्रक्रिया को संचालित करता है। इस प्रकार, यह अंतिम हाइड्रोजन स्वीकारकर्ता के रूप में कार्य करता है।
ऊर्जा ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन की प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न की जाती है, जो ऑक्सीडेशन-रिडक्शन अभिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग करती है।
६. श्वसन एक ऊर्जा-मुक्त करने वाली और एंजाइमैटिक रूप से नियंत्रित कैटाबॉलिक प्रक्रिया है जिसमें जीवित कोशिकाओं के अंदर कार्बनिक पदार्थों की चरणबद्ध ऑक्सीडेटिव टूट शामिल होती है। श्वसन के बारे में इस कथन में निम्नलिखित शब्दों के अर्थ की व्याख्या करें
(a) चरणबद्ध ऑक्सीडेटिव टूट
(b) कार्बनिक पदार्थ (जिन्हें सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किया जाता है)।
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उत्तर
(a) श्वसन कोशिका में कार्बनिक अणुओं की चरणबद्ध ऑक्सीकरण प्रक्रिया है जिसमें मुख्यतः तीन चरण शामिल होते हैं। (i) ग्लाइकोलिसिस (ii) क्रेब्स चक्र (iii) इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला
ग्लूकोस एंजाइमैटिक रूप से नियंत्रित अभिक्रियाओं की श्रृंखला से गुजरता है और अंततः $H_{2} O+$ ATP $+CO_{2}$ में परिवर्तित हो जाता है।
(b) कार्बनिक पदार्थ वे अणु होते हैं जो सामान्यतः जीवित प्रणालियों में पाए जाते हैं। ये सामान्यतः कार्बन परमाणुओं की वलयों या लंबी श्रृंखलाओं से बने होते हैं जिनसे अन्य परमाणु जैसे हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जुड़े होते हैं। उदाहरण—ग्लूकोस, फैटी अम्ल, अमीनो अम्ल आदि।
इन अणुओं को ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए सब्सट्रेट के रूप में जलाया जाता है। ग्लूकोस और फैटी अम्लों का श्वसन फ्लोटिंग श्वसन कहलाता है और प्रोटीन तथा अमीनो अम्लों का श्वसन प्रोटोप्लाज्मिक श्वसन कहलाता है।
७. इस कथन पर टिप्पणी करें—श्वसन एक ऊर्जा उत्पादक प्रक्रिया है लेकिन प्रक्रिया के कुछ चरणों में ATP का उपयोग हो रहा है।
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सोचने की प्रक्रिया
प्रत्येक उपापचयी अभिक्रिया में या तो ऊर्जा उत्पन्न होती है या उपभोग होती है। श्वसन में कई एंजाइमैटिक रूप से नियंत्रित मध्यवर्ती अभिक्रियाएं शामिल होती हैं
उत्तर
श्वसन एक आवश्यक कैटाबोलिक प्रक्रिया है जो चरणबद्ध रूप से होती है और ऊर्जा उत्पन्न करती है। जब भी जैविक तंत्र को ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो यह ATP अणु के जल-अपघटन द्वारा प्रदान की जाती है। जब एक ATP को ADP + Pi में जल-अपघटित किया जाता है, अर्थात् एक फॉस्फेट बंध टूटता है, तो $73 \mathrm{kcal}$ ऊर्जा उत्पन्न होती है।
इस प्रकार, ATP का उपयोग तभी किया जाता है जब इसकी आवश्यकता होती है ताकि श्वसन संतुलन पत्र को बनाए रखा जा सके।
पादपों में श्वसन
8. नीचे दिया गया चित्र ग्लाइकोलिसिस के चरणों को दर्शाता है। लुप्त चरणों A, B, C, D को भरें और यह भी बताएं कि चरण E पर ATP का उपयोग हो रहा है या उत्सर्जित हो रहा है?
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उत्तर
ग्लाइकोलिसिस की प्रक्रिया इस प्रकार संक्षेपित है
9. श्वसन पथ को उभयजीवी (amphibolic) पथ क्यों कहा जाता है?
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सोचने की प्रक्रिया
क्रेब्स चक्र उभयजीवी है (Gk. amphi - दोनों, bole - फेंकना)। इस चक्र में अनुबल (anabolic) और कटाबोलिक दोनों प्रकार की अभिक्रियाएँ सम्मिलित होती हैं।
उत्तर
ग्लूकोज श्वसन के लिए पसंदीदा सल्फेट है क्योंकि कार्बोहाइड्रेट्स को पहले ग्लूकोज में परिवर्तित किया जाता है। श्वसन में उपयोग होने से पहले। वसाएं एसिटिल कोएंजाइम-ए को ग्लिसरॉल और फैटी एसिड में टूटकर फिर एसिटिल कोएंजाइम-ए में अपघटित हो जाती हैं, जबकि प्रोटीन छोटी इकाइयों अमीनो अम्लों में अपघटित हो जाते हैं।
श्वसन प्रक्रिया में सब्सट्रेट का टूटना कैटाबॉलिक प्रक्रियाएं होती हैं। कभी-कभी फैटी एसिड की आवश्यकता होती है तो इसका संश्लेषण एसिटिल कोएंजाइम-ए को हटाकर होता है। यह संश्लेषण चरण एक अनाबॉलिक प्रक्रिया है।
इस प्रकार, श्वसन पथ में कैटाबॉलिक प्रक्रिया (टूटना) और अनाबॉलिक पथ शामिल होते हैं जो श्वसन मध्यवर्तियों का उपयोग कर अणुओं का संश्लेषण करते हैं, इसे उभयचर पथ कहा जाता है।
10. हम सामान्यतः ATP को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा कहते हैं। क्या आप कोशिका में मौजूद कुछ अन्य ऊर्जा वाहकों के बारे में सोच सकते हैं? कोई दो नाम बताइए।
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उत्तर
एक ऊर्जा वाहक एक अत्यंत विशिष्ट अणु होता है जो कोशिका के भीतर ऊर्जा का स्थानांतरण, ग्रहण और संग्रहण करता है। यह ऊर्जा तब कोशिका के भीतर रासायनिक अभिक्रियाओं को सुगम बनाने के लिए उपयोग की जाती है। तीन प्रमुख प्रकार के ऊर्जा वाहक ATP, NADPH और NADH हैं।
११. ग्लाइकोलिसिस के दौरान बना ATP सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशन का परिणाम होता है। समझाइए।
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उत्तर
सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशन एक प्रकार की चयापचयी अभिक्रिया है जिसमें किसी फॉस्फोरिलेटेड अभिक्रियाशील मध्यवर्ती से सीधे फॉस्फोरिल $\left(\mathrm{PO}_{3}\right)$ समूह के ADP या GDP में स्थानांतरण और अर्पण द्वारा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) या ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (GTP) का निर्माण होता है।
ग्लाइकोलिसिस में सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशन निम्नलिखित दो अभिक्रियाओं में होता है
(i) 1,3-डाइफॉस्फोग्लिसरिक अम्ल के 2 अणु 2 ADP अणुओं से अभिक्रिया करके 3-फॉस्फोग्लिसरिक अम्ल के 2 अणु और ATP के 2 अणु बनाते हैं।
$ \underset{\text{(2 अणु)}}{\text{1,3 -डाइफॉस्फोग्लिसरिक अम्ल}} +\text{2 ADP} \xrightarrow[{\mathrm{Mg^{2+}}}]{\text { फॉस्फोट्रांस्फ़ेरेस }} \underset{\text{(2 अणु)}}{\text{2-फॉस्फोग्लिसरिक अम्ल}} +\text{2 ATP}$
(ii) फॉस्फोएनॉलपाइरूविक अम्ल के 2 अणु 2 ADP अणुओं से अभिक्रिया करके पाइरूविक अम्ल के 2 अणु और 2 ATP बनाते हैं।
$\underset{\text { (2 अणु) }}{2-\text { फॉस्फोएनॉलपाइरूविक अम्ल 2ADP }} \xrightarrow[{\mathrm{Mg}^{2+}}]{\text { पाइरूविक काइनेज }} \underset{(2 \text { अणु })}{\text { पाइरूविक अम्ल }+2 A T P}$
12. क्या आप TCA चक्र के किसी ऐसे चरण को जानते हैं जहाँ सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशन होता है? वह कौन-सा है?
Show Answer
उत्तर
TCA चक्र की एक मध्यवर्ती अभिक्रिया में सक्सिनिल Co-A को सक्सिनिक अम्ल में परिवर्तित किया जाता है और एक GTP अणु सब्सट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशन द्वारा संश्लेषित होता है।
इस अभिक्रिया में बना GTP निम्न प्रकार से ATP उत्पन्न करता है
$$ \mathrm{GTP}+\mathrm{ADP} \rightarrow \mathrm{GDP}+\mathrm{ATP} $$
13. एक तरह से हरे पौधे और सायनोबैक्टीरिया ने पृथ्वी पर सारा भोजन संश्लेषित किया है। टिप्पणी कीजिए।
Show Answer
सोचने की प्रक्रिया
सभी विषमपोषी (heterotrophs) उस भोजन पर निर्भर करते हैं जो स्वपोषी (autotrophs) जैसे सायनोबैक्टीरिया या हरे पौधे संश्लेषित करते हैं।
उत्तर
सायनोबैक्टीरिया एककोशिकीय प्रोकैरियोटिक जीव होते हैं। कुछ आदिम कोशिकीय कोशिकांगों के अतिरिक्त इनमें प्रकाशसंश्लेषी लैमेला होती हैं जहाँ प्रकाशसंश्लेषी रंजक मौजूद होते हैं। इनमें क्लोरोफिल-a c, फाइकोसायनिन और फाइकोएरिथ्रिन होते हैं।
ये रंगीन रंजक जीवाणुओं को विशिष्ट नीले-हरे रंग देते हैं और इन्हें स्वयं तथा जलीय जानवरों के लिए भोजन बनाने में सक्षम बनाते हैं। हरे पौधे बहुकोशिकीय जीव होते हैं जो $CO_{2}$, $H_{2}O$ और प्रकाश ऊर्जा का उपयोग कर विशिष्ट कोशिकांग क्लोरोप्लास्ट में भोजन बनाने में समर्थ होते हैं।
इसलिए, जीवाणु और हरे पौधे पृथ्वी पर जीवित जीवों के लिए भोजन बनाते हैं।
14. जब एक सब्सट्रेट का चयापचय हो रहा होता है, तो उत्पन्न होने वाली सारी ऊर्जा एक ही कदम में क्यों नहीं छोड़ी जाती? यह कई चरणों में छोड़ी जाती है। चरणबद्ध विमोचन का क्या लाभ है?
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उत्तर
एरोबिक श्वसन की प्रक्रिया चार चरणों में विभाजित होती है—ग्लाइकोलिसिस, टीसीए चक्र, ईटीएस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन। श्वसन की प्रक्रिया और प्रत्येक चरण में एटीपी का उत्पादन चरणबद्ध तरीके से होता है।
एक पथ का उत्पाद दूसरे पथ का सब्सट्रेट बनता है और ये सब्सट्रेट आवश्यकता अनुसार पथ में प्रवेश करते हैं या बाहर निकाले जाते हैं। एटीपी जहाँ आवश्यक होता है वहाँ उपयोग हो जाता है और एंजाइमेटिक दरें सामान्यतः नियंत्रित रहती हैं। इस प्रकार, ऊर्जा का चरणबद्ध विमोचन प्रणाली को ऊर्जा निकालने और संचित करने में अधिक कुशल बनाता है।
15. श्वसन के लिए $O_{2}$ चाहिए। पृथ्वी पर पहले कोषिकाओं ने $O_{2}$ रहित वातावरण में जीवित रहने का प्रबंध कैसे किया?
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उत्तर
श्वसन हमेशा $O_{2}$ की आवश्यकता नहीं रखता। कुछ जीव ऐसे होते हैं जो $O_{2}$ की अनुपस्थिति में भी अवायवीय श्वसन द्वारा श्वसन करते हैं।
पृथ्वी की प्रथम कोषिकाएँ अर्थात् कैमोसिंथेटिक जीवाणु पृथ्वी के प्रारंभिक जीवन के आदिम जीव थे। इन्होंने $H_{2} \mathrm{~S}, NO_{2}^{-}$ आदि अकार्बनिक अणुओं को तोड़कर ऊर्जा प्राप्त की।
उदाहरणस्वरूप, गंधक जीवाणुओं में निम्न प्रकार कैमोसिंथेसिस हुई
$12 \mathrm{H} _2 \mathrm{S}+6 \mathrm{CO} _2 \rightarrow \mathrm{C} _6 \mathrm{H _{12}} \mathrm{O} _6+6 \mathrm{H} _2 \mathrm{O}+12 \mathrm{S} \downarrow$
16. यह ज्ञात है कि जानवरों में लाल मांसपेशी रेशे लंबे समय तक लगातार काम कर सकते हैं। यह कैसे संभव है?
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उत्तर
मूलतः दो प्रकार की मांसपेशी रेशे होती हैं
(i) लाल मांसपेशी रेशे
(ii) सफेद मांसपेशी रेशे
लाल मांसपेशी रेशे लंबे समय तक लगातार काम करते हैं क्योंकि
(i) ये मांसपेशी रेशे गहरे लाल रंग के होते हैं जो लाल हीमोप्रोटीन मायोग्लोबिन की उपस्थिति के कारण होता है। मायोग्लोबिन ऑक्सीजन को बांधकर ऑक्सीमायोग्लोबिन के रूप में लाल रेशों में संग्रहित करता है। ऑक्सीमायोग्लोबिन मांसपेशी संकुचन के दौरान उपयोग के लिए ऑक्सीजन छोड़ता है।
(ii) माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या अधिक होती है, इसलिए ये लंबे समय तक काम करते हैं।
(iii) लाल मांसपेशियों में सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम कम होता है।
(iv) ये पर्याप्त एरोबिक ऑक्सीडेशन करते हैं बिना अधिक लैक्टिक एसिड जमाए। इस प्रकार, लाल मांसपेशी रेशे थकान के बिना लंबे समय तक संकुचित हो सकते हैं।
(v) इन मांसपेशी रेशों में संकुचन की दर धीमी होती है लंबे समय के लिए। उदाहरण, मानव पीठ की एक्सटेंसर मांसपेशियां।
17. एरोबिक श्वसन में ATP के रूप में ऊर्जा उत्पादन अनएरोबिक श्वसन की तुलना में अधिक होता है। समझाइए।
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सोचने की प्रक्रिया
श्वसन एक कैटाबोलिक प्रक्रिया है जो सभी जीवित कोशिकाओं में होती है और उन्हें जीवित रहने और चयापचय रूप से सक्रिय रहने के लिए ऊर्जा प्रदान करती है।
उत्तर
एरोबिक श्वसन में ATP के रूप में ऊर्जा उत्पादन, अनएरोबिक श्वसन की तुलना में अधिक होता है जैसा कि नीचे दिया गया है
| एरोबिक श्वसन | अनएरोबिक श्वसन |
|---|---|
| एरोबिक श्वसन में, कणों का पूर्ण ऑक्सीकरण होता है जिससे ATP अणु बनते हैं। | अनएरोबिक श्वसन में, कणों का अपूर्ण ऑक्सीकरण होता है इसलिए बने ATP की संख्या कम होती है। |
| ग्लूकोज़ का एरोबिक श्वसन 36 ATP अणु $+H_{2} \mathrm{O}+CO_{2}$ उत्पन्न करता है। | ग्लूकोज़ का अनएरोबिक श्वसन, जब यीस्ट में होता है, तो 2 ATP अणु+ एथिल अल्कोहल $+CO_{2}$ उत्पन्न करता है। |
18. RuBP कार्बॉक्सिलेज, PEPcase, पायरुवेट डिहाइड्रोजनेज, ATPase, साइटोक्रोम ऑक्सिडेस, हेक्सोकाइनेज, लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज। ऊपर दी गई सूची से वे एंजाइम चुनिए जो निम्नलिखित में शामिल हैं
(a) प्रकाशसंश्लेषण
(b) श्वसन
(c) प्रकाशसंश्लेषण और श्वसन दोनों
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उत्तर
RuBP कार्बॉक्सिलेज यह प्रकाशसंश्लेषण की अंधी क्रिया का भाग है। यह $C_{3}$ चक्र में $CO_{2}$ के स्थिरीकरण की क्रिया को उत्प्रेरित करता है।
PEPcase यह $C_{4}$ पादपों के प्रकाशसंश्लेषण का भाग है। यह $CO_{2}$ के स्थिरीकरण की क्रिया को उत्प्रेरित करता है जिससे पहला स्थिर उत्पाद ऑक्सेलोएसीटेट बनता है, जो 4-कार्बन यौगिक है।
पायरुवेट डिहाइड्रोजनेज यह एरोबिक श्वसन में शामिल है और पायरुविक अम्ल से एसिटिल Co-A बनाने की क्रिया को उत्प्रेरित करता है। इसे NAD और सह-एंजाइम-A की भागीदारी आवश्यक होती है।
$ \text { पाइरूविक अम्ल }+\mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{NAD}^{+} \xrightarrow[{\text { पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज }}]{\mathrm{Mg}^{2+}} \text { एसिटिल } \mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+} $
एटीपीएस यह श्वसन और प्रकाश संश्लेषण दोनों का हिस्सा है। ये दोनों प्रक्रम इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और संबद्ध प्रोटॉन पंप और एटीपी सिंथेस का उपयोग प्रक्रम के प्रमुख भाग के रूप में करते हैं। ईटीसी ऊर्जा का उपयोग झिल्ली पार कर हाइड्रोजन आयन पंप करने के लिए करता है।
प्रोटॉन एटीपी सिंथेस के माध्यम से वापस बहते हैं, एटीपी के उत्पादन को चलाते हैं।
साइटोक्रोम ऑक्सीडेज यह श्वसन और प्रकाश संश्लेषण दोनों में शामिल है। यह इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में एक इलेक्ट्रॉन वाहक है।
हेक्सोकाइनेज यह एंजाइम श्वसन में भी शामिल है। ग्लाइकोलिसिस में, यह पहली अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, अर्थात् ग्लूकोस अणु से ग्लूकोस-6-फॉस्फेट का निर्माण। यह एक एटीपी अणु का उपयोग करता है जो ग्लूकोस अणुओं को $\mathrm{PO}_{4}$ समूह स्थानांतरित करता है।
लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज
यह एंजाइम जीवाणु लैक्टोबेसिलस में अवायवीय श्वसन में शामिल है।
ग्लाइकोलिसिस के अंत में बना पाइरूविक अम्ल होमो-फर्मेंटेटिव लैक्टिक अम्ल बैक्टीरिया द्वारा लैक्टिक अम्ल में परिवर्तित होता है। NADH अणु से हाइड्रोजन पाइरूवेट अणु को स्थानांतरित होता है, जिससे लैक्टिक अम्ल अणु बनता है और अम्ल का निर्माण होता है।
$ \underset{\text { पाइरूविक अम्ल }}{CH_{3} \mathrm{COCOOH}}+\mathrm{NADH} . \quad \xrightarrow[{\text { डिहाइड्रोजनेज }}]{\text { लैक्टेट }} \underset{\text { लैक्टिक अम्ल }}{C_{3} H_{6} O_{3}} +\mathrm{NAD} $
19. एक वृक्ष का तना वातावरण के साथ गैसों का आदान-प्रदान कैसे करता है, यद्यपि उसमें स्टोमेटा नहीं होते?
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सोचने की प्रक्रिया
गैसीय आदान-प्रदान पौधों में एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। पौधे प्रकाशसंश्लेषण के लिए CO₂ ग्रहण करते हैं और O₂ को उप-उत्पाद के रूप में छोड़ते हैं। उन्होंने इस प्रक्रिया को संपन्न करने के लिए संरचनात्मक अनुकूलन विकसित किए हैं।
उत्तर
पुराने वृक्ष के तने को कॉर्क नामक मृत काष्ठ ऊतक से ढका होता है। ऐसे वृक्ष की बाह्यत्वचीय परतें फट जाती हैं और बाहरी कोर्टिकल कोशिकाएँ ढीली-ढाली व्यवस्थित होती हैं। इन संरचनाओं को लेंटिसेल्स कहा जाता है।
ये गैसों के आदान-प्रदान और वाष्पोत्सर्जन के स्थल होते हैं।
20. ग्लाइकोलिसिस की दो ऊर्जा-उत्पादक अभिक्रियाएँ लिखिए।
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उत्तर
निम्नलिखित आकृति ग्लाइकोलिसिस की प्रक्रिया और ग्लाइकोलिसिस के दौरान ऊर्जा उत्पन्न होने वाले स्थानों को दर्शाती है
इस प्रकार, 1,3 बाइफॉस्फोग्लिसरिक अम्ल के 3-फॉस्फोग्लिसरिक अम्ल में अपघटन के दौरान और 2-फॉस्फोएनॉल पाइरूवेट के पाइरूविक अम्ल में अपघटन के दौरान ATP उत्पन्न होता है।
21. पाइरूवेट संश्लेषण के स्थान(ों) का नाम लिखिए। साथ ही वह रासायनिक अभिक्रिया लिखिए जिसमें पाइरूविक अम्ल डिहाइड्रोजनेज उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
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उत्तर
पाइरूवेट कोशिका के साइटोप्लाज्म में ग्लाइकोलिसिस की प्रक्रिया द्वारा संश्लेषित होता है। ग्लूकोस के 1 अणु अभिक्रियाओं की श्रृंखला के माध्यम से पाइरूवेट के 2 अणु बनाते हैं।
पाइरूविक अम्ल डिहाइड्रोजनेज उस अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है जिसमें पाइरूवेट एसिटिल Co-A बनाता है। इसकी सक्रियता के लिए इसे $\mathrm{NAD}^{+}$, सह-एंजाइम $\mathrm{A}$ और $\mathrm{Mg}^{2+}$ आयनों की आवश्यकता होती है। अभिक्रिया इस प्रकार है
$ \text { पाइरूविक अम्ल }+\mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{NAD}^{+} \xrightarrow[{\text { पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज }}]{\mathrm{Mg}^{2+}} \text { एसिटिल } \mathrm{Co}-\mathrm{A}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+}+\mathrm{CO}_{2} \uparrow $
22. श्वसन मार्ग को एक कैटाबोलिक मार्ग माना जाता है। हालांकि, TCA चक्र की प्रकृति उभयचर (amphibolic) है। समझाइए।
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उत्तर
जीवित कोशिकाएँ श्वसन के माध्यम से ऊर्जा प्राप्त करती हैं। यह ग्लूकोज, वसा आदि खाद्य अणुओं को तोड़कर ATP अणुओं के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करने की प्रक्रिया है।
प्रक्रिया ग्लाइकोलाइसिस से शुरू होती है जो कोशिका द्रव्य में होता है और पाइरूविक अम्ल उत्पन्न करता है। इसे फिर एसिटिल Co-A में बदला जाता है, जो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश करता है। यह ट्राइकार्बोक्सिलिक अम्ल चक्र प्रारंभ करता है।
इस चक्र को उभयचर कहा जाता है क्योंकि इस चक्र में बने कई मध्यवर्ती यौगिक कई महत्वपूर्ण जैविक अणुओं, अर्थात् सह-एंजाइमों, विटामिनों, हार्मोनों के जैवसंश्लेषण के अग्रद्रव्य के रूप में कार्य करते हैं। इसके अतिरिक्त, कई अणु, अर्थात् फैटी अम्ल, अमीनो अम्ल, सह-एंजाइम आदि, सीधे इस चक्र में प्रवेश कर सकते हैं।
एसिटिल Co-A फैटी अम्लों, स्टेरॉयडों, कैरोटिनॉयड टरपीनों और सुगंधित यौगिकों के संश्लेषण और विघटन से संबंधित है। $\alpha$ - केटोग्लूटरेट और ऑक्सालोएसीटेट ग्लूटामेट और एस्पार्टेट जैसे अमीनो अम्लों तथा पिरिमिडीनों और क्षारक यौगिकों के संश्लेषण के कच्चे माल हैं। सक्सिनिल साइटोक्रोम और क्लोरोफिल जैसे पाइरोल यौगिक बनाता है।
इस प्रकार, यह वह चक्र है जहाँ विघटन और संश्लेषण दोनों अभिक्रियाएँ एक साथ चलती रहती हैं। निम्न आकृति विभिन्न कार्बनिक अणुओं के श्वसन-माध्यित विघटन को दर्शाने वाले उपापचयी पथों के बीच पारस्परिक संबंध को दर्शाती है।
23. उल्लेख कीजिए कि माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होने वाली एरोबिक श्वसन की महत्वपूर्ण घटनाओं की श्रृंखला कौन-सी है, साथ ही वह घटना जो माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में होती है।
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उत्तर
क्रेब्स चक्र माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है। इसे निम्नलिखित अभिक्रियाओं की श्रृंखला के रूप में दर्शाया गया है
इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में संपन्न होती है
आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली प्रोटॉन $\left(\mathrm{H}^{+}\right)$और इलेक्ट्रॉन $\left(e^{-}\right)$ ग्राहकों को एक विशिष्ट क्रम में रखने के लिए विशिष्ट होती है, जिसे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला कहा जाता है। इसमें चार एंजाइम कॉम्प्लेक्स होते हैं।
इलेक्ट्रॉन या तो कॉम्प्लेक्स I, III और IV के मार्ग का अनुसरण करते हैं या फिर II, III और IV का, यह क्रेब्स चक्र से प्राप्त अवयवों पर निर्भर करता है।
इलेक्ट्रॉनों और हाइड्रोजन परमाणुओं का स्थानांतरण निम्नलिखित प्रकार से होता है
कॉम्प्लेक्स I NADH डिहाइड्रोजनेज़ के फ्लेवोप्रोटीनों ($F P_{N}$) से बना होता है, जिनमें FMN प्रोस्थेटिक समूह होता है। फ्लेवोप्रोटीन के साथ NADH डिहाइड्रोजनेज़ का नॉन-हीम आयरन जुड़ा होता है। यह कॉम्प्लेक्स आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को पार करता है और मैट्रिक्स की ओर से बाहरी ओर प्रोटॉनों का स्थानांतरण करने में सक्षम होता है।
कॉम्प्लेक्स II सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज़ का फ़्लेवोप्रोटीन होता है, जिसमें FAD प्रोस्थेटिक समूह होता है। इस फ़्लेवोप्रोटीन के साथ जुड़ा होता है सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज़ का नॉन-हीम आयरन।
कॉम्प्लेक्स II और III के बीच मोबाइल कैरियर कोएंज़ाइम-Q (Co-Q) या युबिक्विनोन (UQ) होता है।
कॉम्प्लेक्स III साइटोक्रोम-b और साइटोक्रोम- $c_{1}$ से बना होता है। साइटोक्रोम- $b$ के साथ जुड़ा होता है कॉम्प्लेक्स III का नॉन-हीम आयरन। कॉम्प्लेक्स III और IV के बीच मोबाइल कैरियर साइटोक्रोम-c होता है।
कॉम्प्लेक्स IV साइटोक्रोम-a और साइटोक्रोम- $a_{3}$ से बना होता है, और बंधा हुआ तांबा जो इस कॉम्प्लेक्स की प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक होता है। इस साइटोक्रोम को साइटोक्रोम ऑक्सीडेज़ भी कहा जाता है, यह एकमात्र इलेक्ट्रॉन कैरियर है जिसमें हीम आयरन का एक मुक्त लिगैंड होता है जो सीधे आणविक ऑक्सीजन से प्रतिक्रिया कर सकता है।
इस प्रकार, हाइड्राइड आयन ऑक्सीकृत होने वाले पदार्थ से $\mathrm{NAD}^{+}$ में स्थानांतरित होते हैं। NAD से हाइड्रोजन परमाणु फ़्लेवोप्रोटीन 1 (Fp’N) के FMN में स्थानांतरित होते हैं। FMN के बाद हाइड्रोजन परमाणु आयनन से गुजरता है, अर्थात् यह एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन में विभाजित हो जाता है।
आगे के चरणों में हाइड्रोजन का स्थानांतरण नहीं होता बल्कि इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण होता है। इलेक्ट्रॉन कोएंज़ाइम- $Q$ में जाता है, और कोएंज़ाइम $Q$ से साइटोक्रोम- $b, c_{1}, c, a$ और $a_{3}$ में जाता है। प्रोटॉन मुक्त छोड़ दिया जाता है।
जैसे ही हाइड्रोजन परमाणु या इलेक्ट्रॉन $F_{0}-\mathrm{F}_{1}$ कण श्रृंखला से नीचे जाता है, एक सहएंजाइम का ऑक्सीकरण और दूसरे चरण पर न्यूनीकरण एक साथ होता है। ऑक्सीजन माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर विसरित हो सकती है।
इसे ऋणात्मक रूप $O_{2}^{-}$ में बदला जाता है, $2 \mathrm{H}^{+}$ से मिलकर चयापचयी जल बनाता है; न्यूनीकृत सहएंजाइम $\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+}$ तीन जोड़े $\mathrm{H}^{+}$ को बाहरी कक्ष में धकेलने में मदद करता है जबकि $\mathrm{FADH}_{2}$ दो जोड़े $\mathrm{H}^{+}$ बाहरी कक्ष में भेजता है।
ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन ऊर्जा-समृद्ध ATP अणुओं का संश्लेषण है, श्वसन में उत्पन्न न्यूनीकृत सहएंजाइमों $(NADH_{2}, FADH_{2})$ के ऑक्सीकरण के दौरान मुक्त हुई ऊर्जा की सहायता से। इस संश्लेषण के लिए आवश्यक एंजाइम को ATP सिंथेस कहा जाता है जो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रिया झिल्ली में उपस्थित होता है।
निम्न आकृतियाँ इस प्रक्रिया को दर्शाती हैं
दीर्घ उत्तर प्रकार प्रश्न
1. निम्न प्रवाह चित्र में, प्रतीकों $a, b, c$ और $d$ को उपयुक्त पदों से प्रतिस्थापित कीजिए। प्रक्रिया का संक्षेप में वर्णन कीजिए और इसके किन्हीं दो अनुप्रयोग दीजिए।
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सोचने की प्रक्रिया
पाइरूविक अम्ल ग्लाइकोलिसिस का अंतिम उत्पाद है। यह कोशिका की परिस्थितियों और आवश्यकता के अनुसार आगे भी टूटता है।
उत्तर
चित्र में दिखाया गया चयापचयी पथ किण्वन है। चिह्नित उत्पाद a, b, c और d निम्नलिखित का प्रतिनिधित्व करते हैं
a-ग्लिसराल्डिहाइड 3 फॉस्फेट,
b-फॉस्फोएनॉल पाइरूविक अम्ल
c-एथेनॉल,
d-लैक्टिक अम्ल
किण्वन दो प्रकार के होते हैं
(i) यीस्ट में एल्कोहल किण्वन किण्वन अनॉक्सी परिस्थितियों में ग्लूकोज का अपूर्ण ऑक्सीकरण है। यीस्ट में एल्कोहल किण्वन दो चरणों की अभिक्रियाओं में होता है, इस प्रकार पाइरूविक अम्ल को एथेनॉल और (\mathrm{CO}_{2}) में बदलता है।
A. पहले चरण में, पाइरूविक अम्ल डिकार्बोक्सिलेट होता है (समीकरण I), जिससे एसिटाल्डिहाइड और (\mathrm{CO}_{2}) बनते हैं।
$ \underset{\text { पाइरूविक अम्ल }}{2 CH_{3} \mathrm{COCOOH}} \xrightarrow{\text { पाइरूविक डिकार्बोक्सिलेज }} \underset{\text { एसिटाल्डिहाइड }}{2 CH_{3} \mathrm{CHO}} \quad \quad \quad \quad\quad \text{(i)} $
B. दूसरे चरण में एसिटैल्डिहाइड को $\mathrm{NADH}_{2}$ द्वारा अल्कोहल में अपचयित किया जाता है (समीकरण (ii))
(ii) पेशियों में लैक्टिक अम्ल किण्वन
पशु ऊतकों जैसे पेशियों में, व्यायाम के दौरान जब कोशिकीय श्वसन के लिए ऑक्सीजन अपर्याप्त होती है तो पाइरुविक अम्ल को लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा लैक्टिक अम्ल में अपचयित किया जाता है। अपचायक एजेंट $\mathrm{NADH} \mathrm{HH}^{+}$है जिसे बाद की प्रक्रियाओं में पुनः ऑक्सीकृत कर $\mathrm{NAD}^{+}$बनाया जाता है।
किण्वन प्रक्रिया के दो अनुप्रयोग हैं
(i) यह एथिल अल्कोहल के निर्माण में सहायक है।
(ii) यह दूध के दही बनाने में भी सहायक है जो Lactobacillus बैक्टीरिया की सहायता से होता है।
2. नीचे एक आरेख दिया गया है जो वायवीय श्वसन के दौरान ATP संश्लेषण को दर्शाता है, चिह्नों $A$, B, C, D और E को नीचे दिए गए उपयुक्त पदों से प्रतिस्थापित करें।
$\mathrm{F} 1$ कण, $\mathrm{Pi}$ का निर्माण, $2 \mathrm{H}^{+}$, आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली, ATP, Fo कण, ADP।
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सोचने की प्रक्रिया
ADP + Pi से ATP का फॉस्फोरिलेशन प्रत्येक कोशिका में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए होने वाला एक महत्वपूर्ण चरण है। यह प्रक्रिया आंतरिक माइटोकॉन्ड्रिया झिल्ली में होती है
उत्तर
चित्र में प्रतीक A, B, C, D और E निम्नलिखित को दर्शाते हैं
A______ATP
B______ $F_{1}$ कण
C______ Pi
D______ $2 \mathrm{H}^{+}$
E______ आंतरिक माइटोकॉन्ड्रिया झिल्ली।
3. ऑक्सीजन एरोबिक श्वसन के लिए महत्वपूर्ण है। ETS के संदर्भ में इसकी भूमिका की व्याख्या कीजिए।
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उत्तर
एरोबिक श्वसन में $\mathrm{O}_{2}$ की भूमिका
ग्लूकोज का श्वसन कोशिका द्रव्य में ग्लाइकोलिसिस से प्रारंभ होता है, फिर क्रेब्स चक्र होता है और अंत में आंतरिक माइटोकॉन्ड्रिया झिल्ली में इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन (ETC) होता है। $\mathrm{O}_{2}$ की आवश्यकता ETC के अंत में होती है।
जहाँ यह अंतिम हाइड्रोजन स्वीकारकर्ता के रूप में कार्य करता है। $\mathrm{O}_{2}$ सिस्टम से इलेक्ट्रॉनों को हटाने के लिए उत्तरदायी होता है। यदि ऑक्सीजन उपलब्ध नहीं है, तो इलेक्ट्रॉन सह-एंजाइमों के माध्यम से नहीं गुजर सकते, जिससे प्रोटॉन पंप स्थापित नहीं होगा और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन के माध्यम से ATP उत्पन्न नहीं होगा। इस प्रकार ऑक्सीजन माइटोकॉन्ड्रिया मैट्रिक्स में एरोबिक श्वसन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
4. उन मान्यताओं की गणना कीजिए जो हम श्वसन संतुलन पत्र बनाते समय करते हैं। क्या ये मान्यताएँ जीवित प्रणाली के लिए वैध हैं? इस संदर्भ में किण्वन और एरोबिक श्वसन की तुलना कीजिए।
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उत्तर
प्रत्येक ग्लूकोस अणु के ऑक्सीकरण पर ATP के शुद्ध लाभ की गणनाएँ निम्नलिखित मान्यताओं के आधार पर की जा सकती हैं
(i) एक क्रमबद्ध पथ है जो क्रमशः कोशिकाद्रव्य में ग्लाइकोलिसिस, माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में टीसीए चक्र और आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में ईटीएस का अनुसरण करता है।
(ii) ग्लाइकोलिसिस में संश्लेषित NADH, फॉस्फोरिलेशन के लिए ईटीसी में प्रवेश करता है।
(iii) पथ में कोई भी मध्यवर्ती किसी अन्य यौगिक के संश्लेषण के लिए उपयोग नहीं किया जाता है।
(iv) ग्लूकोस श्वसन उपादान बनाता है।
ये मान्यताएँ एक जीवित तंत्र के लिए मान्य नहीं हैं क्योंकि निम्नलिखित कारणों से
(i) ये सभी पथ एक साथ कार्य करते हैं और एक के बाद एक नहीं होते।
(ii) ATP की खपत जब आवश्यकता होती है तब की जाती है।
(iii) एंजाइम क्रियाओं की दर बहु-उपायों द्वारा नियंत्रित की जाती है।
किण्वन और एरोबिक श्वसन के बीच तुलना इस प्रकार है
| किण्वन | एरोबिक श्वसन |
|---|---|
| किण्वन ग्लूकोस का आंशिक विघटन है। | यह ग्लूकोस का पूर्ण विघटन है। |
| केवल 2 ATP का शुद्ध लाभ। | 38 ATP उत्पन्न होते हैं। |
| NADH के NAD+ में ऑक्सीकरण की प्रक्रिया धीमी होती है। | यह एरोबिक श्वसन में एक प्रबल अभिक्रिया है। |
5. ग्लाइकोलिसिस का वर्णन कीजिए। यह कहाँ होता है? अंतिम उत्पाद क्या हैं? इन उत्पादों की दोनों एरोबिक और अनएरोबिक श्वसन में क्या दशा होती है, उसका अनुसरण कीजिए।
उत्तर. ग्लाइकोलिसिस कोशिकाद्रव में होता है। एक ग्लूकोस अणु 2 पिरुविक अम्ल अणु बनाता है। अवायवीय परिस्थितियों में यह 2 ATP और एथेनॉल + जल बनाता है। वायवीय परिस्थितियों में यह 36 ATP + जल $+\mathrm{CO}_{2}$ बनाता है। ग्लाइकोलिसिस के चरण इस प्रकार हैं
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