Biological Nitrogen Fixation Questions in Gujarati

(B) $nitrogenase$ ઉત્સેચક આણ્વિય ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે અને તેને અસરકારક રીતે કાર્ય કરવા માટે અજારક વાતાવરણની જરૂર હોય છે. શિમ્બીકુળની વનસ્પતિની મૂળગંડિકાઓમાં,$leghemoglobin$ એ ઓક્સિજનને શોષનાર (oxygen scavenger) તરીકે કાર્ય કરે છે. તે ઓક્સિજન સાથે જોડાઈને મુક્ત ઓક્સિજનનું પ્રમાણ ખૂબ જ નીચું રાખે છે,જેનાથી $nitrogenase$ ઉત્સેચકને ઓક્સિડેટિવ નુકસાનથી બચાવે છે અને નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમ રીતે ચાલુ રહે છે.

(B) અભિકોષ (Heterocysts) એ $Nostoc$ અને $Anabaena$ જેવી કેટલીક તંતુમય સાયનોબેક્ટેરિયા (નિલહરિત લીલ) માં જોવા મળતા વિશિષ્ટ,જાડી દીવાલ ધરાવતા કોષો છે.
આ કોષો નાઈટ્રોજન સ્થાપનનું કાર્ય કરે છે.
અભિકોષમાં $Nitrogenase$ ઉત્સેચક આવેલો હોય છે,જે વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતર કરવા માટે જવાબદાર છે.
$Nitrogenase$ ઉત્સેચક ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે,અને અભિકોષ આ ઉત્સેચકને સુરક્ષિત રાખવા માટે અજારક વાતાવરણ પૂરું પાડે છે,જેથી તે અસરકારક રીતે કાર્ય કરી શકે.

(A) જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન એ એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરણ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $Rhizobium$,$Azotobacter$ અને $Clostridium$ જેવા નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા દ્વારા નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચકનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.
તેથી,સાચું રૂપાંતરણ $N_2 \rightarrow NH_3$ છે.

(A) જમીનની ફળદ્રુપતા મુખ્યત્વે જમીનમાં નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોના ઉમેરા દ્વારા વધારી શકાય છે. નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા,જેવા કે $Rhizobium$,$Azotobacter$ અને $Anabaena$,વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું એમોનિયામાં રૂપાંતર કરે છે,જેનો ઉપયોગ વનસ્પતિઓ વૃદ્ધિ માટે કરી શકે છે. આ પ્રક્રિયા જમીનમાં નાઈટ્રોજનનું પ્રમાણ વધારે છે,જેનાથી તેની ફળદ્રુપતામાં વધારો થાય છે. બીજી તરફ,ડિનાઈટ્રીફાઈંગ બેક્ટેરિયા નાઈટ્રેટ્સને ફરીથી વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનમાં ફેરવે છે,જે જમીનની ફળદ્રુપતા ઘટાડે છે. પ્લાઝ્માલેમા અને કોષપટલ એ કોષીય રચનાઓ છે અને તે જમીનની ફળદ્રુપતામાં કોઈ ફાળો આપતા નથી.

(D) કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં $Rhizobium$ દ્વારા થતું નાઈટ્રોજન સ્થાપન એક જટિલ જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા ઓક્સિજનની હાજરી પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે.
$Rhizobium$ એક ઓક્સિજન-શોષક રંજકદ્રવ્ય ઉત્પન્ન કરે છે જેને $leghemoglobin$ (જેને 'ઓક્સિજન બફર' તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) કહેવાય છે.
$Leghemoglobin$ મૂળ ગંડિકાઓમાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ નીચું જાળવી રાખે છે,જે $nitrogenase$ ઉત્સેચકની સક્રિયતા માટે અનિવાર્ય છે.
આપેલા વિકલ્પો (પોટેશિયમ,નાઈટ્રોજન,ફોસ્ફરસ) માંથી કોઈ પણ સીધી રીતે આ પ્રક્રિયાને ઉત્તેજતું નથી,તેથી સાચો જવાબ $D$ છે.

(D) $Sesbania \text{ } rostrata$ એ એક કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિ છે જે લીલા પડવાશ તરીકે ખૂબ જ ઉપયોગી છે. આ વનસ્પતિની વિશિષ્ટતા એ છે કે તે તેના મૂળની સાથે સાથે પ્રકાંડ પર પણ નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરતી ગંડિકાઓ ધરાવે છે. આ બેવડી ગંડિકાઓને કારણે તે અન્ય જાતિઓ કરતા વધુ કાર્યક્ષમ રીતે વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે, જે તેને જમીનની ફળદ્રુપતા વધારવા માટે નાઈટ્રોજનનો ઉત્તમ સ્ત્રોત બનાવે છે.

(D) $Sesbania$ $rostrata$ એ એક કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિ છે જે લીલા પડવાશ (green manure) તરીકે ખૂબ જ ઉપયોગી છે. અન્ય જાતિઓ કરતાં તેને વધુ પસંદ કરવાનું મુખ્ય કારણ તેની મૂળ અને પ્રકાંડ બંનેમાં નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરતી મૂળગંડિકાઓ બનાવવાની અદ્વિતીય ક્ષમતા છે. આ પ્રકારની બેવડી મૂળગંડિકાઓને કારણે,વનસ્પતિ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું વધુ કાર્યક્ષમ રીતે સ્થાપન કરી શકે છે,જેનાથી જ્યારે તેને લીલા પડવાશ તરીકે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે ત્યારે જમીનમાં નાઈટ્રોજનનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.

(C) $Rhizobium$ એ સહજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે જે સામાન્ય રીતે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓ (જેમ કે વટાણા,કઠોળ વગેરે) ના મૂળમાં મૂળગંડિકાઓ બનાવે છે.
ઘઉં એ ધાન્ય પાક છે અને તે $Rhizobium$ સાથે સહજીવી સંબંધ બાંધતું નથી.
તેથી,ઘઉંના ખેતરમાં $Rhizobium$ ઉમેરવાથી નાઈટ્રોજનનું નોંધપાત્ર સ્થાપન થશે નહીં,કારણ કે આ બેક્ટેરિયાને ચેપ ફેલાવવા અને વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરવા માટે ચોક્કસ યજમાન વનસ્પતિના સંકેતોની જરૂર હોય છે.
પરિણામે,માત્ર આ બેક્ટેરિયા ઉમેરવાથી જમીનમાં નાઈટ્રોજનનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે વધશે નહીં.

(C) $Anabaena$,$Nostoc$ અને $Oscillatoria$ એ બધા $Cyanobacteria$ (નીલ-હરિત લીલ) છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષી (photoautotrophic) છે,એટલે કે તેઓ પોતાનો ખોરાક જાતે બનાવવા માટે પ્રકાશસંશ્લેષણ કરે છે.
$Azospirillum$ એ નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતું બેક્ટેરિયા છે જે રસાયણ-પરપોષી (chemoheterotrophic) છે; તે ઉર્જા અને કાર્બન માટે કાર્બનિક સંયોજનો પર આધાર રાખે છે અને ઘણીવાર ઘાસ અને અનાજના મૂળ સાથે સહજીવનમાં રહે છે.
તેથી,$Azospirillum$ અસંગત છે કારણ કે તે પ્રકાશસંશ્લેષી નથી.

(B) જે બેક્ટેરિયા જમીનમાં મુક્તજીવી રહીને વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે,તેમને મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા કહેવામાં આવે છે.
$Azospirillum$ અને $Azotobacter$ એ મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયાના જાણીતા ઉદાહરણો છે.
$Pseudomonas$ સામાન્ય રીતે વિનાઈટ્રીફિકેશનની પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે,અને $Nostoc$ એ સાયનોબેક્ટેરિયા છે જે મુક્તજીવી અથવા સહજીવી હોઈ શકે છે,પરંતુ પાઠ્યપુસ્તકના વર્ગીકરણ મુજબ મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક તરીકે $Azospirillum$ અને $Azotobacter$ મુખ્ય ઉદાહરણો છે.
તેથી,સાચી જોડી $(ii)$ અને $(iii)$ છે.

(C) $Rhizobium$ એ સહજીવી બૅક્ટેરિયા છે જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં વસવાટ કરે છે.
તેમાં નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક હોય છે,જે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે,જે વનસ્પતિ સરળતાથી શોષી શકે છે અને વૃદ્ધિ માટે ઉપયોગમાં લઈ શકે છે.
આ પ્રક્રિયાને જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(D) નાઇટ્રોજન સ્થાપન કરતા બૅક્ટેરિયા સહજીવી અથવા મુક્તજીવી હોઈ શકે છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક બૅક્ટેરિયા છે જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં વસે છે.
$Azospirillum$ અને $Azotobacter$ એ જમીનમાં જોવા મળતા મુક્તજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક બૅક્ટેરિયાના ઉદાહરણો છે.
તેથી,$Azospirillum$ અને $Azotobacter$ બંને મુક્તજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક છે.

(D) નાઇટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને એમોનિયામાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે,જેનો ઉપયોગ વનસ્પતિઓ કરી શકે છે.
ઘણા બેક્ટેરિયા વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરવા માટે સક્ષમ છે.
$Azospirillum$ અને $Azotobacter$ એ જમીનમાં જોવા મળતા મુક્તાવસ્થામાં નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાના જાણીતા ઉદાહરણો છે.
$Nostoc$ એ સાયનોબેક્ટેરિયા છે જે નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે,પરંતુ તે ઘણીવાર સહજીવનમાં (દા.ત.,$Anthoceros$ અથવા $Cycas$ ના મૂળમાં) અથવા વસાહતોમાં જોવા મળે છે,જોકે તે મુક્તાવસ્થામાં પણ હોઈ શકે છે.
જોકે,$Azospirillum$ અને $Azotobacter$ બંને મુક્તાવસ્થામાં નાઇટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાના ઉત્તમ ઉદાહરણો હોવાથી,સૌથી યોગ્ય જવાબ $(A)$ અને $(B)$ બંને છે.

(A) સાચો જવાબ $A$ છે. $Azospirillum$ એ મુક્તજીવી બૅક્ટેરિયા છે જે જમીનમાં રહે છે અને વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી બૅક્ટેરિયા છે જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં રહે છે.
$Lactobacillus$ નો ઉપયોગ દૂધમાંથી દહીં બનાવવા માટે થાય છે.
$Pseudomonas$ સામાન્ય રીતે જમીનના બૅક્ટેરિયા છે જે વિઘટન અને ડીનાઈટ્રીફિકેશનમાં ભાગ લે છે,પરંતુ તે મુખ્યત્વે જૈવિક ખાતરના સંદર્ભમાં મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક તરીકે જાણીતા નથી.

(B) એઝોસ્પાયરિલમ એ ગ્રામ-નેગેટિવ,નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાનું એક પ્રજાતિ છે,જે ઘાસ અને અનાજ સહિત વિવિધ વનસ્પતિઓના મૂળ સાથે ગાઢ સંબંધમાં રહે છે. તે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને જમીનમાં સ્થાપિત કરીને જૈવિક ખાતર તરીકે કાર્ય કરે છે,તેને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરે છે,જે વનસ્પતિઓ દ્વારા સરળતાથી શોષી શકાય છે. આ પ્રક્રિયા પાકની વૃદ્ધિ અને ઉત્પાદન વધારવામાં મદદ કરે છે.

(C) નાઇટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
નાઇટ્રોજનેઝ એ એક જટિલ મેટાલોપ્રોટીન છે જેને તેની ઉદ્દીપકીય સક્રિયતા માટે મોલિબ્ડેનમ $(Mo)$ અને આયર્ન $(Fe)$ ની આવશ્યક સહકારક તરીકે જરૂર હોય છે.
તેથી,રાઇઝોબિયમ જેવા નાઇટ્રોજન સ્થાપન કરતા સજીવો માટે મોલિબ્ડેનમ $(Mo)$ એક મહત્વપૂર્ણ લઘુપોષકતત્વ છે.

(D) નાઇટ્રોજન-સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
મોલિબ્લેડનમ $(Mo)$ એ નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક સંકુલનો એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે,જે વનસ્પતિઓમાં,ખાસ કરીને કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓમાં જૈવિક નાઇટ્રોજન-સ્થાપન માટે અનિવાર્ય છે.
તેથી,નાઇટ્રોજન-સ્થાપનમાં સામેલ ખનીજતત્વ મોલિબ્લેડનમ છે.

(D) નાઇટ્રોજીનેઝ એ જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર એક જટિલ ઉત્સેચક છે. તે બે પ્રોટીન ઘટકોનું બનેલું છે: $Fe$ પ્રોટીન અને $MoFe$ પ્રોટીન. બંને ઘટકોમાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર અને ઉદ્દીપકીય સક્રિયતા માટે આયર્ન $(Fe)$ એક મહત્વપૂર્ણ સહ-કારક (cofactor) તરીકે રહેલું હોય છે. તેથી,નાઇટ્રોજીનેઝની સક્રિયતા માટે આયર્ન આવશ્યક છે.

(D) નાઇટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચક સંકુલ એ $Mo-Fe$ પ્રોટીન છે. તે બે ઘટકોનું બનેલું છે: $Fe$ પ્રોટીન (ડાયનાઇટ્રોજિનેઝ રિડક્ટેઝ) અને $Mo-Fe$ પ્રોટીન (ડાયનાઇટ્રોજિનેઝ). તેની ઉદ્દીપકીય સક્રિયતા માટે આયર્ન $(Fe)$ અને મોલિબ્ડેનમ $(Mo)$ બંને આવશ્યક છે. આપેલા વિકલ્પોમાંથી,આયર્ન $(Fe)$ એ નાઇટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચક સંકુલની રચના અને કાર્ય માટે જરૂરી ખનીજ છે.

(A) નાઇટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચક એ જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર એક જટિલ મેટલોપ્રોટીન છે.
તેની ઉદ્દીપકીય સક્રિયતા માટે ચોક્કસ ધાતુના સહઘટકોની જરૂર હોય છે.
આ ઉત્સેચકમાં મોલિબ્ડેનમ-આયર્ન $(MoFe)$ પ્રોટીન અને આયર્ન $(Fe)$ પ્રોટીન હોય છે.
મોલિબ્ડેનમ એ નાઇટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચક સંકુલનો એક આવશ્યક ઘટક છે,ખાસ કરીને $Fe-Mo$ સહઘટકની અંદર,જે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા $(NH_3)$ માં રિડક્શન કરવા માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે.
ઘણા મુક્ત-જીવી બેક્ટેરિયા અને નીલ-હરિત લીલ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરવા માટે સક્ષમ છે.
$Rhodospirillum$ એ મુક્ત-જીવી,પ્રકાશસંશ્લેષી,અજારક,નાઈટ્રોજન સ્થાપક,અ-સલ્ફર બેક્ટેરિયા છે.
તે પ્રકાશની હાજરીમાં અને $O_2$ ની ગેરહાજરીમાં બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયા દ્વારા પોતાનો કાર્બનિક ખોરાક સંશ્લેષિત કરવા માટે સક્ષમ છે.
$Beijernickia$ અને $Azotobacter$ એ મુક્ત-જીવી પરંતુ જારક નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.

(D) $Casuarinaceae$ એ $Fagales$ શ્રેણીમાં આવતી દ્વિદળી સપુષ્પી વનસ્પતિઓનું કુળ છે.
$Casuarina$ આ કુળનો સભ્ય છે,જે તેની નીચે નમેલી ડાળીઓ,સદાબહાર સ્વભાવ અને એકલિંગી કે દ્વિલિંગી પુષ્પો ધરાવવા માટે જાણીતું છે.
$Casuarina$ ના મૂળમાં નાઈટ્રોજન-સ્થાયીકરણ કરતી મૂળગંડિકાઓ હોય છે,જેમાં $Frankia$ નામના જમીનમાં રહેતા એક્ટિનોમાયસેટ્સ હોય છે,જે તંતુમય બેક્ટેરિયા છે.

(C) : લેગહિમોગ્લોબિન એ શિંબીકુળની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં જોવા મળતું ગુલાબી રંગનું રંજકદ્રવ્ય છે. તે ઓક્સિજન સ્કેવેન્જર (ઓક્સિજન શોષક) તરીકે કાર્ય કરે છે અને નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચકને ઓક્સિજનના ઝેરી પ્રભાવથી બચાવે છે,કારણ કે નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક આણ્વિય ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે.

(D) સાચો જવાબ $(d)$ છે. નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક એ એક $Mo-Fe$ પ્રોટીન છે જે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતર કરવા માટે ઉદ્દીપક તરીકે કાર્ય કરે છે,જે જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપનનું પ્રથમ સ્થાયી ઉત્પાદન છે.
નાઇટ્રોજન સ્થાપન એ નિષ્ક્રિય વાતાવરણીય ડાયનાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા,એમિનો એસિડ વગેરે જેવા ઉપયોગી નાઇટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન મુક્ત-જીવી અને સહજીવી બંને પ્રકારના સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કરવામાં આવે છે.
કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓમાં,સહજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા (જેમ કે $Rhizobium$) મૂળની ગાંઠોમાં વસવાટ કરે છે.
આ ગાંઠો નાઇટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવવા માટે નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક અને ઓક્સિજન શોષક રંજકદ્રવ્ય લેગહિમોગ્લોબિન સહિતનું જરૂરી વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.

(A) : નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક પ્રોકેરિયોટિક નાઈટ્રોજન સ્થાપક સજીવોમાં જોવા મળે છે. જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા ખૂબ જ ઉર્જા-સઘન છે અને $N_2$ નું $NH_3$ માં રિડક્શન કરવા માટે મોટી માત્રામાં $ATP$ ની જરૂર પડે છે. આ નીચેના સમીકરણ દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \xrightarrow{Nitrogenase} 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16P_i$

(B) કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં નાઈટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચક અને લેગહિમોગ્લોબિન પ્રોટીન હોય છે.
નાઈટ્રોજિનેઝ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું એમોનિયામાં રૂપાંતર કરવા માટે ઉદ્દીપક તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ ઉત્સેચક આણ્વિય ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ છે અને તેને અસરકારક રીતે કાર્ય કરવા માટે અજારક પરિસ્થિતિની જરૂર હોય છે.
ગંડિકાઓમાં એવી વિશિષ્ટ અનુકૂલન હોય છે જે ખાતરી કરે છે કે ઉત્સેચક ઓક્સિજનથી સુરક્ષિત રહે.
લેગહિમોગ્લોબિન એક ઓક્સિજન સ્કેવેન્જર (ઓક્સિજન શોષક) તરીકે કાર્ય કરે છે,જે ઓક્સિજન સાથે જોડાઈને ગંડિકાની અંદર ઓક્સિજનનું પ્રમાણ ઓછું રાખે છે જેથી નાઈટ્રોજિનેઝ ઉત્સેચકને નિષ્ક્રિય થવાથી બચાવી શકાય.

(A) સાચો જવાબ $Azotobacter$ છે.
$Azotobacter$ એ મુક્તજીવી ડાયઝોટ્રોફિક બેક્ટેરિયાનું પ્રજાતિ છે જે જમીનમાં જોવા મળે છે અને તે સ્વતંત્ર રીતે વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરવામાં સક્ષમ છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં રહે છે.
$Cyanobacteria$ (જેમ કે $Anabaena$ અને $Nostoc$) નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે,પરંતુ જમીનમાં રહેતા મુક્તજીવી બેક્ટેરિયાના સંદર્ભમાં,$Azotobacter$ એ $NCERT$ પાઠ્યપુસ્તકમાં આપવામાં આવેલું મુખ્ય ઉદાહરણ છે.

(A) નાઈટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનને એમોનિયામાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા સૂક્ષ્મજીવો વાયવ્ય (aerobic) અથવા અજારક (anaerobic) હોઈ શકે છે.
$Azotobacter$ અને $Beijerinckia$ એ મુક્તજીવી,વાયવ્ય નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાના જાણીતા ઉદાહરણો છે.
$Rhodospirillum$ એ અજારક નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા છે.
$Anabaena$ અને $Nostoc$ એ મુક્તજીવી અથવા સહજીવી સાયનોબેક્ટેરિયા છે જે નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે,પરંતુ આ પ્રશ્નના સંદર્ભમાં તેમને $Azotobacter$ ની જેમ સખત રીતે વાયવ્ય તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવતા નથી.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(D) જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનનું સમીકરણ આ મુજબ છે: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 \, ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 \, ADP + 16 \, Pi$.
આપેલ સમીકરણ સાથે સરખાવતા: $a + 8e^- + b + 16 \, ATP \rightarrow c + d + 16 \, ADP + 16 \, Pi$.
આપણને મળે છે કે $a = N_2$,$b = 8H^+$,$c = 2NH_3$,અને $d = H_2$.
તેથી,વિકલ્પ $D$ સાચો જવાબ છે.

(B) $Azotobacter$ એ મુક્તજીવી,જારક અને અપ્રકાશસંશ્લેષી બેક્ટેરિયા છે જે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક છે.
$Rhodospirillum$ એ પ્રકાશસંશ્લેષી બેક્ટેરિયા છે.
$Nostoc$ એ પ્રકાશસંશ્લેષી સાયનોબેક્ટેરિયા છે જે નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે.

(B) જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન વિવિધ આદિકોષકેન્દ્રી સજીવો દ્વારા કરવામાં આવે છે.
$Azotobacter$ અને $Beijerinckia$ એ મુક્તજીવી,જારક નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાના ઉદાહરણો છે.
$Rhodospirillum$ એ મુક્તજીવી,અજારક નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાનું ઉદાહરણ છે.
$Anabaena$ અને $Nostoc$ એ મુક્તજીવી સાયનોબેક્ટેરિયા છે જે વિશિષ્ટ કોષો જેને અભિકોષ (heterocysts) કહેવાય છે તેમાં નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(A) જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે. નાઇટ્રોજનનું એમોનિયામાં રિડક્શન થવા માટેનું કુલ સમીકરણ આ મુજબ છે:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 ADP + 16 Pi$.
આપેલ સમીકરણ $N_2 + 8e^- + X + 16 ATP \rightleftharpoons 2NH_3 + Y + 16 ADP + 16 Pi$ સાથે સરખાવતા,આપણે જાણી શકીએ છીએ કે $X = 8H^+$ અને $Y = H_2$ છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(C) અહીં ઉલ્લેખિત લાલ રંગનું હિમોપ્રોટીન $Leghemoglobin$ (લેગહિમોગ્લોબિન) છે.
તે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓના મૂળની ગાંઠોમાં જોવા મળે છે.
$Leghemoglobin$ ઓક્સિજન સ્કેવેન્જર તરીકે કાર્ય કરે છે,જેનો અર્થ છે કે તે ઓક્સિજન માટે ખૂબ જ ઊંચી આકર્ષણ શક્તિ ધરાવે છે.
તે $Nitrogenase$ (નાઇટ્રોજનેઝ) ઉત્સેચકને ઓક્સિજનની અવરોધક અસરોથી સુરક્ષિત કરે છે,કારણ કે $Nitrogenase$ ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ છે અને જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન દરમિયાન કાર્યક્ષમ રીતે કામ કરવા માટે તેને અજારક પરિસ્થિતિઓની જરૂર હોય છે.

(A) નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક,જે જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર છે,તે આણ્વિક ઓક્સિજન $(O_2)$ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે.
કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં,નાઈટ્રોજન સ્થાપન અજારક વાતાવરણમાં થાય છે.
લેગહિમોગ્લોબિન એ મૂળ ગંડિકાઓમાં હાજર એક ઓક્સિજન-શોષક રંજકદ્રવ્ય છે જે ઓક્સિજન સાથે જોડાય છે,જેનાથી ઓક્સિજનનું પ્રમાણ ઓછું જળવાઈ રહે છે.
આ રક્ષણ સુનિશ્ચિત કરે છે કે નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક કાર્યરત રહે અને ઓક્સિજન દ્વારા નિષ્ક્રિય ન થાય.

(A) નાઈટ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક,જે જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર છે,તે આણ્વિક ઓક્સિજન $(O_2)$ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ છે.
તેને અસરકારક રીતે કાર્ય કરવા માટે અજારક પરિસ્થિતિની જરૂર હોય છે.
કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળગંડિકાઓમાં,લેગ-હિમોગ્લોબિન ઉત્સેચક ઓક્સિજન સ્કેવેન્જર તરીકે કાર્ય કરે છે.
તે ઓક્સિજન સાથે જોડાઈને અજારક વાતાવરણ બનાવે છે,જેનાથી નાઈટ્રોજીનેઝ ઉત્સેચકને ઓક્સિડેટીવ નુકસાનથી બચાવે છે.
તેથી,વિધાન $A$ અને વિધાન $R$ બંને સાચા છે.

(D) $Azotobacter$ અને $Beijerinckia$ એ જારક મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.
$Frankia$ એ સહજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે જે $Alnus$ જેવી કઠોળ વર્ગની ન હોય તેવી વનસ્પતિઓમાં મૂળ ગંડિકાઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
$Rhodospirillum$ એ અજારક મુક્તજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.

(B) નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે આવશ્યક છે.
તે એક જટિલ મેટાલોપ્રોટીન છે જેને તેની રચના અને ઉદ્દીપકીય પ્રવૃત્તિ માટે $Mo$ (મોલિબ્ડેનમ) અને $Fe$ (આયર્ન) બંનેની સહ-કારક તરીકે જરૂર હોય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,$Mo$ એ $Fe-Mo$ પ્રોટીન (ડાયનાઈટ્રોજનેઝ) નો એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે,જે વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા $(NH_3)$ માં રિડક્શન કરવા માટે જવાબદાર છે.
તેથી,નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક સંકુલના સક્રિયકરણ અને યોગ્ય કાર્ય માટે મોલિબ્ડેનમ $(Mo)$ મુખ્ય તત્વ છે.

(C) જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા નાઈટ્રોજેનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
નાઈટ્રોજનનું એમોનિયામાં રિડક્શન માટેનું કુલ સમીકરણ આ મુજબ છે:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
આ સમીકરણ મુજબ,$2$ અણુ $NH_3$ ઉત્પન્ન કરવા માટે $16$ $ATP$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
તેથી,દરેક $NH_3$ અણુના ઉત્પાદન માટે $16 / 2 = 8$ $ATP$ અણુઓની જરૂર પડે છે.

(A) આપેલી પ્રક્રિયા નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થતી જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
નાઈટ્રોજન $(N_2)$ ના એક અણુનું એમોનિયા $(NH_3)$ ના બે અણુઓમાં રિડક્શન માટેનું સંતુલિત સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 ADP + 16Pi$
અહીં,દરેક $N_2$ અણુના રિડક્શન માટે $16$ $ATP$ અણુઓની જરૂર પડે છે,જેના પરિણામે $2$ અણુ $NH_3$ અને $1$ અણુ $H_2$ વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે.

(D) દરેક જોડીનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$(I)$ Beijerinckia એ મુક્તજીવી,જારક,નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે. આ વિધાન સાચું છે.
$(II)$ Rhodospirillum એ અજારક,નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે,જારક નથી. આ વિધાન ખોટું છે.
$(III)$ Bacillus એ મુક્તજીવી,નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે. આ વિધાન સાચું છે.
$(IV)$ Anabaena એ સાયનોબેક્ટેરિયા છે,પરંતુ Azotobacter એ મુક્તજીવી જારક બેક્ટેરિયા છે,સાયનોબેક્ટેરિયા નથી. આ વિધાન ખોટું છે.
તેથી,ખોટી જોડીઓ $(II)$ અને $(IV)$ છે.

(D) $A-$ આ વિધાન ખોટું છે કારણ કે $Frankia$ એ $Alnus$ જેવી બિન-કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓના મૂળ પર નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતી ગાંઠો બનાવે છે.
$R-$ આ વિધાન સાચું છે. $Rhizobium$ અને $Frankia$ બંને જમીનમાં મુક્તજીવી બેક્ટેરિયા છે,પરંતુ તેઓ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરવા માટે ચોક્કસ વનસ્પતિઓ સાથે સહજીવન સ્થાપિત કરે છે.
તેથી,$A$ ખોટું છે અને $R$ સાચું છે.

(D) વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે,જેનો ઉપયોગ વનસ્પતિઓ દ્વારા કરી શકાય છે.
$Anabaena$ એ તંતુમય સાયનોબેક્ટેરિયાનું એક પ્રજાતિ છે જે પ્લવક તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
આ સજીવોમાં હેટરોસિસ્ટ્સ (heterocysts) નામની વિશિષ્ટ કોષો હોય છે,જે નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચકની કાર્યક્ષમતા માટે અજારક વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.
વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનના જૈવિક સ્થાપન માટે નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક અનિવાર્ય છે.
$Albugo$,$Cystopus$ અને $Aprolegnia$ એ ફૂગ અથવા ફૂગ જેવા સજીવો છે જે નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરતા નથી.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
$Nostoc$ એ સાયનોબેક્ટેરિયાનું એક પ્રજાતિ છે જે મુક્ત-જીવી,જારક અને પ્રકાશસંશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ છે.
તેમાં વિશિષ્ટ કોષો હોય છે જેને હેટરોસિસ્ટ કહેવાય છે,જે નાઇટ્રોજન સ્થાપનનું કાર્ય કરે છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી નાઇટ્રોજન સ્થાપક છે.
$Azotobacter$ અને $Azospirillum$ એ મુક્ત-જીવી,જારક નાઇટ્રોજન સ્થાપક છે પરંતુ તેઓ પ્રકાશસંશ્લેષી નથી.

(A) નાઈટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા નાઈટ્રોજીનેઝ તરીકે ઓળખાતા ઉત્સેચક સંકુલ દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
નાઈટ્રોજીનેઝ એ મોલિબ્ડેનમ-આયર્ન પ્રોટીન છે અને તે ફક્ત અમુક આદિકોષકેન્દ્રી સજીવો (ડાયઝોટ્રોપ્સ) માં જોવા મળે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) ડાંગરના ખેતરો પાણીથી ભરેલા હોય છે જ્યાં ચોક્કસ નાઈટ્રોજન સ્થાપિત કરતા બેક્ટેરિયા વિકાસ પામે છે.
$Azospirillum$ એ મુક્તજીવી,નાઈટ્રોજન સ્થાપિત કરતા બેક્ટેરિયા છે જે સામાન્ય રીતે ડાંગર સહિતના ઘાસના મૂળ સાથે સંકળાયેલા હોય છે,જ્યાં તે વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.
$Rhizobium$ સામાન્ય રીતે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓ સાથે સંકળાયેલ હોય છે.
$Oscillatoria$ એ સાયનોબેક્ટેરિયા છે,પરંતુ ડાંગરના પાકના મૂળ વિસ્તારમાં નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે $Azospirillum$ એ સૌથી સચોટ જવાબ છે.
$Frankia$ એ $Alnus$ જેવી બિન-કઠોળ વનસ્પતિઓ સાથે સંકળાયેલ છે.

(B) નાઇટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ માં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક એક જટિલ મેટાલોપ્રોટીન છે જેમાં આયર્ન $(Fe)$ અને મોલિબ્ડેનમ $(Mo)$ બંને હોય છે.
મોલિબ્ડેનમ એ નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક સંકુલનો આવશ્યક ઘટક છે,જે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનના રિડક્શન માટે જરૂરી છે.
તેથી,$Mo$ નાઇટ્રોજન સ્થાપનમાં મહત્ત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.

(B) નાઇટ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક,જે જૈવિક નાઇટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર છે,તે આણ્વિય ઑક્સિજન $(O_2)$ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે.
લેગ્યુમિનોસી કુળની વનસ્પતિઓની મૂળગંડિકામાં નાઇટ્રોજીનેઝ ઉત્સેચકને કાર્ય કરવા માટે અજારક (anaerobic) વાતાવરણની જરૂર હોય છે.
લેગહીમોગ્લોબિન એ મૂળગંડિકામાં જોવા મળતું ગુલાબી રંગનું રંજકદ્રવ્ય છે જે ઑક્સિજનને દૂર કરનાર (oxygen scavenger) તરીકે કાર્ય કરે છે.
તે ઑક્સિજન સાથે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવે છે,જેનાથી ગંડિકામાં મુક્ત $O_2$ નું પ્રમાણ ઓછું રહે છે. આ પ્રક્રિયા નાઇટ્રોજીનેઝ ઉત્સેચકને ઑક્સિડેટિવ નુકસાનથી બચાવે છે અને તેની મહત્તમ સક્રિયતા જાળવી રાખે છે.

(C) શિમ્બી વનસ્પતિઓમાં,જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપન નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા કરવામાં આવે છે.
નાઈટ્રોજનના રિડક્શન માટેનું કુલ સમીકરણ આ મુજબ છે: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
સમીકરણમાં દર્શાવ્યા મુજબ,નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ એમોનિયા $(NH_3)$ છે.
ત્યારબાદ એમોનિયાનું એસિમિલેશન (સ્વાંગીકરણ) પ્રક્રિયા દ્વારા ગ્લુટામેટ જેવા એમિનો એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.

(B) $Nitrogenase$ ઉત્સેચક આણ્વિય ઑક્સિજન $(O_2)$ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ છે અને તેના દ્વારા તે નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે.
કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં $Leghemoglobin$ નામનું વિશિષ્ટ ઑક્સિજન સ્કેવેન્જર (ઑક્સિજન શોષક) હાજર હોય છે.
$Leghemoglobin$ ઑક્સિજન સાથે જોડાઈને અજારક વાતાવરણ પૂરું પાડે છે,જેનાથી $Nitrogenase$ ઉત્સેચકને ઑક્સિડેટીવ નુકસાનથી બચાવે છે અને તેને વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનના સ્થાપનમાં કાર્યક્ષમ રીતે મદદ કરે છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે.
$Rhodospirillum$ એ મુક્તજીવી,અજારક,નાઇટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.
$Beijerinckia$ અને $Azotobacter$ એ મુક્તજીવી,જારક,નાઇટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે.
$Rhizobium$ એ સહજીવી,નાઇટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા છે જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં જોવા મળે છે.