Biological Nitrogen Fixation Questions in Hindi

(A) $Nitrogenase$ एक महत्वपूर्ण एंजाइम कॉम्प्लेक्स है जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार है,जिसमें वायुमंडलीय $N_2$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित किया जाता है।
यह प्रक्रिया मुख्य रूप से डायज़ोट्रोफिक बैक्टीरिया द्वारा की जाती है,जैसे कि $Rhizobium$,जो लेग्युमिनस पौधों की जड़ ग्रंथियों में सहजीवी संबंध में रहते हैं।
यदि $Nitrogenase$ एंजाइम नष्ट हो जाते हैं,तो वायुमंडलीय नाइट्रोजन का जैविक अपचयन (reduction) नहीं हो पाएगा।
इसलिए,लेग्युमिनस पौधे वायुमंडलीय नाइट्रोजन को उपयोगी रूप में स्थिर करने में असमर्थ होंगे।

(A) $Nitrogenase$ एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है,जिसमें वायुमंडलीय $N_2$ को $NH_3$ (अमोनिया) में परिवर्तित किया जाता है।
फलीदार पौधे $Rhizobium$ बैक्टीरिया के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं,जिनमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने के लिए $Nitrogenase$ एंजाइम होता है।
यदि $Nitrogenase$ निष्क्रिय हो जाता है,तो पौधा जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में असमर्थ होगा।
इसलिए,फलीदार पौधों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं होगा।

(B) मोलिब्डेनम $(Mo)$ एक आवश्यक सूक्ष्म पोषक तत्व है जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
यह नाइट्रोजनेज एंजाइम का एक प्रमुख घटक है,जो लेग्यूमिनस (दलहनी) पौधों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में अपचयित करने के लिए जिम्मेदार है।
पौधों को सामान्य वृद्धि और चयापचय प्रक्रियाओं के लिए अपने ऊतकों में $0.1$ से $2.5 \, ppm$ मोलिब्डेनम की आवश्यकता होती है।
मिट्टी में मोलिब्डेनम की उपलब्धता मिट्टी के प्रकार पर निर्भर करती है,जो कार्बनिक मिट्टी में सबसे अधिक,चिकनी मिट्टी में कम और रेतीली मिट्टी में सबसे कम होती है।

(D) लेगहीमोग्लोबिन लेग्यूम पौधों की जड़ ग्रंथियों में एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (ऑक्सीजन अवशोषक) के रूप में कार्य करता है।
इसकी ऑक्सीजन के प्रति उच्च आत्मीयता होती है और यह ऑक्सीजन के साथ जुड़कर ग्रंथि में ऑक्सीजन की सांद्रता को कम बनाए रखता है।
यह अत्यंत आवश्यक है क्योंकि नाइट्रोजनेज एंजाइम,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है,ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और केवल अवायवीय परिस्थितियों में ही कार्य कर सकता है।

(N/A) परिभाषा: जीवित जीवों द्वारा नाइट्रोजन का अमोनिया में अपचयन (reduction) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहलाता है।
व्याख्या: बहुत कम जीवित जीव हवा में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध $N_{2}$ के रूप में नाइट्रोजन का उपयोग कर सकते हैं।
केवल कुछ प्रोकैरियोटिक प्रजातियां ही नाइट्रोजन को स्थिर करने में सक्षम हैं। इस प्रकार नाइट्रोजन का अमोनिया में अपचयन हो जाता है। यह प्रक्रिया विशेष रूप से प्रोकैरियोटिक जीवों में पाई जाती है। इन सूक्ष्मजीवों को $N_{2}$ स्थिरीकारक कहा जाता है।
$N \equiv N \xrightarrow{\text{नाइट्रोजिनेज}} NH_{3}$
नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीव मुक्त-जीवी या सहजीवी हो सकते हैं। मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले वायवीय सूक्ष्मजीवों के उदाहरण $Azotobacter$ और $Beijerinckia$ हैं। जबकि $Rhodospirillum$ अवायवीय है और $Bacillus$ मुक्त-जीवी है।
कई साइनोबैक्टीरिया जैसे $Anabaena$ और $Nostoc$ भी मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक हैं।
सहजीवी जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण: सहजीवी जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के कई प्रकार के संबंध ज्ञात हैं। उनमें से सबसे प्रमुख फलीदार पौधों (legume) और बैक्टीरिया का संबंध है।
छड़ के आकार के $Rhizobium$ की प्रजातियां कई फलीदार पौधों जैसे अल्फाल्फा,स्वीट क्लोवर,मीठी मटर,मसूर,मटर,सेम,क्लोवर बीन्स आदि की जड़ों के साथ ऐसा संबंध रखती हैं।
जड़ों पर सबसे सामान्य संबंध ग्रंथियों (nodules) के रूप में होता है। ये ग्रंथियां जड़ों पर छोटी वृद्धि होती हैं। $Frankia$ नामक सूक्ष्मजीव गैर-फलीदार पौधों (जैसे $Alnus$) की जड़ों पर भी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाली ग्रंथियां उत्पन्न करता है।
$Rhizobium$ और $Frankia$ दोनों मिट्टी में मुक्त-जीवी हैं,लेकिन सहजीवी के रूप में वे वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर कर सकते हैं।

(N/A) $ \Rightarrow $ मूल ग्रंथिका (root nodule) में नाइट्रोजन एंजाइम और लेग-हीमोग्लोबिन जैसे सभी आवश्यक जैव-रासायनिक घटक मौजूद होते हैं।
$ \Rightarrow $ नाइट्रोजन एंजाइम एक $Mo-Fe$ प्रोटीन है और यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने की प्रक्रिया को उत्प्रेरित करता है।
$ \Rightarrow $ अमोनिया नाइट्रोजन स्थिरीकरण का पहला स्थिर उत्पाद है।
$ \Rightarrow $ नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया में पाए जाने वाले नाइट्रोजन एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन के अमोनिया में रूपांतरण के चरण चित्र में दिखाए गए हैं।
$ \Rightarrow $ इसकी कुल रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $N_{2} + 8e^{-} + 8H^{+} + 16ATP \rightarrow 2NH_{3} + H_{2} + 16ADP + 16Pi$
$ \Rightarrow $ नाइट्रोजन एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। इसे कार्य करने के लिए अवायवीय (anaerobic) स्थितियों की आवश्यकता होती है।
$ \Rightarrow $ इन एंजाइमों को ऑक्सीजन से बचाने के लिए, ग्रंथिका में लेग-हीमोग्लोबिन नामक एक ऑक्सीजन स्केवेंजर होता है।
$ \Rightarrow $ यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि ये सूक्ष्मजीव मुक्त-जीवित स्थितियों में वायवीय (aerobic) के रूप में रहते हैं (जहाँ नाइट्रोजन एंजाइम सक्रिय नहीं होता है), लेकिन नाइट्रोजन स्थिरीकरण की घटनाओं के दौरान वे अवायवीय हो जाते हैं (जिससे नाइट्रोजन एंजाइम सुरक्षित रहता है)।
$ \Rightarrow $ समीकरण के अनुसार, नाइट्रोजन एंजाइम द्वारा अमोनिया संश्लेषण के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है (प्रत्येक $NH_{3}$ के उत्पादन के लिए $8ATP$)।
$ \Rightarrow $ आवश्यक ऊर्जा मेजबान कोशिकाओं के श्वसन से प्राप्त होती है।

(N/A) $(1)$ सजीवों द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ का अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयन (reduction) करने की प्रक्रिया को जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है।
$(2)$ मूल ग्रंथिकाएँ लेग्युमिनस (दलहनी) पौधों की जड़ों पर पाई जाने वाली छोटी,गोल उभारनुमा संरचनाएँ होती हैं,जिनमें $Rhizobium$ जैसे नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया निवास करते हैं।

(N/A) मूल ग्रंथिकाओं में $N_2$ स्थिरीकरण के लिए सबसे महत्वपूर्ण एंजाइम 'नाइट्रोजिनेज' $(Nitrogenase)$ है।
नाइट्रोजिनेज एक $Mo-Fe$ प्रोटीन है जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित करता है।
हाँ,इसके कार्य करने के लिए 'लेगहीमोग्लोबिन' $(Leghaemoglobin)$ नामक एक विशेष गुलाबी रंग के वर्णक की आवश्यकता होती है।
नाइट्रोजिनेज एंजाइम आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
लेगहीमोग्लोबिन एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (oxygen scavenger) के रूप में कार्य करता है,जो मूल ग्रंथिकाओं के भीतर अवायवीय (ऑक्सीजन-मुक्त) वातावरण बनाता है,जो नाइट्रोजिनेज एंजाइम की सक्रियता के लिए आवश्यक है।

(N/A) वैज्ञानिकों ने लेग्यूमिनस और गैर-लेग्यूमिनस दोनों प्रकार के पौधों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण को प्रेरित करने के लिए कृत्रिम विधियों को अपनाने का प्रयास किया है। हालाँकि,इसकी सफलता दर बहुत कम है क्योंकि कार्यात्मक नाइट्रोजन-स्थिरीकरण ग्रंथिकाओं के निर्माण में पौधे की आनुवंशिक संरचना और विशिष्ट मेजबान-सूक्ष्मजीव सिग्नलिंग मार्ग एक महत्वपूर्ण और जटिल भूमिका निभाते हैं।

(A) $(1)$ वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने की प्रक्रिया को जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है,जो नाइट्रोजिनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। अतः,लुप्त शब्द नाइट्रोजन अपचयन है।
$(2)$ रोडोस्पिरिलम मुक्तजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया का एक उदाहरण है। इसी प्रकार,एनाबीना या नोस्टॉक मुक्तजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले नील-हरित शैवाल (साइनोबैक्टीरिया) के उदाहरण हैं।

(N/A) $1$. नाइट्रोजन स्थिरीकरण एक जैविक प्रक्रिया है जो विशेष रूप से कुछ प्रोकैरियोट्स द्वारा की जाती है क्योंकि उनके पास $Nitrogenase$ नामक विशिष्ट एंजाइम कॉम्प्लेक्स होता है।
$2$. ऐसे प्रोकैरियोट्स के उदाहरणों में $Rhizobium$,$Anabaena$ और $Nostoc$ शामिल हैं।
$3$. यूकेरियोटिक जीवों में $Nitrogenase$ एंजाइम कॉम्प्लेक्स को संश्लेषित करने के लिए आवश्यक आनुवंशिक तंत्र का अभाव होता है; इसलिए,वे स्वतंत्र रूप से जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में असमर्थ हैं।

(A) नाइट्रोजनज एंजाइम लेग्यूम पौधों की जड़ ग्रंथियों में जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया को उत्प्रेरित करता है। रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$। समीकरण में दिखाए अनुसार,इस अभिक्रिया के उत्पाद अमोनिया $(NH_3)$ और हाइड्रोजन $(H_2)$ हैं।

(D) नाइट्रोजनज एंजाइम लेग्युमिनस पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार होता है।
नाइट्रोजनज द्वारा उत्प्रेरित रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
समीकरण के अनुसार,इस अभिक्रिया के उत्पाद अमोनिया $(NH_3)$ और हाइड्रोजन $(H_2)$ हैं।

(A) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित किया जाता है,जिसका उपयोग पौधे कर सकते हैं।
$Rhizobium$,$Azospirillum$ और $Azotobacter$ तीनों ही प्रसिद्ध नाइट्रोजन स्थिरीकारक बैक्टीरिया हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक है,जबकि $Azospirillum$ और $Azotobacter$ मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक हैं।
चूंकि ये सभी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करते हैं,पाठ्यपुस्तकों में $Rhizobium$ को सबसे प्रमुख उदाहरण के रूप में पढ़ाया जाता है।

(A) नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवों की संख्या निर्धारित करने के लिए, आइए सूची का विश्लेषण करें:
$1$. $Azospirillum$: मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया।
$2$. $Glomus$: आर्बस्कुलर माइकोराइजा कवक का एक प्रकार (नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करते)।
$3$. $Nostoc$: नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में सक्षम साइनोबैक्टीरिया।
$4$. $Monascus \text{ } purpureus$: कोलेस्ट्रॉल कम करने वाली स्टेटिन दवाओं के लिए उपयोग किया जाने वाला कवक (नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करते)।
$5$. $Yeast$: किण्वन के लिए उपयोग किया जाने वाला कवक (नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करते)।
$6$. $Anabaena$: नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में सक्षम साइनोबैक्टीरिया।
$7$. $Oscillatoria$: नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में सक्षम साइनोबैक्टीरिया।
$8$. $Azotobacter$: मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया।
$9$. $Trichoderma$: जैविक नियंत्रण एजेंट के रूप में उपयोग किया जाने वाला कवक (नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करते)।
नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीव हैं: $Azospirillum$, $Nostoc$, $Anabaena$, $Oscillatoria$, और $Azotobacter$।
कुल संख्या = $5$।

(B) $nif$ जीन का अर्थ 'नाइट्रोजन फिक्सेशन' (नाइट्रोजन स्थिरीकरण) जीन है।
ये जीन विभिन्न बैक्टीरिया में पाए जाते हैं,जैसे कि $Rhizobium$ और $Azotobacter$,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में सक्षम होते हैं।
$nif$ जीन उन एंजाइमों (जैसे कि नाइट्रोजनेज) के लिए कोड करते हैं जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए आवश्यक होते हैं,जो पौधों के लिए उपयोग करने योग्य रूप है।
इसलिए,$nif$ जीन सीधे तौर पर नाइट्रोजन स्थिरीकरण से जुड़ा हुआ है।

(C) $Sesbania$ और $Trifolium$ प्रसिद्ध लेग्युमिनस (दलहनी) पौधे हैं,जिनकी जड़ों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया युक्त मूल ग्रंथिकाएं (root nodules) पाई जाती हैं। इन पौधों का उपयोग पशुओं के लिए उच्च गुणवत्ता वाले चारे के रूप में किया जाता है।

(B) $nif$ जीन (नाइट्रोजन स्थिरीकरण जीन) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है।
यह जीन नाइट्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स के संश्लेषण के लिए आवश्यक प्रोटीन को कोड करता है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए उत्प्रेरित करता है।

(B) फलीदार पौधों की जड़ ग्रंथियों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन का अमोनिया में स्थिरीकरण 'नाइट्रोजनसे' नामक एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होता है।
यह एंजाइम एक मोलिब्डेनम-आयरन प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो दो घटकों से बना होता है: $protein-1$ (डाइनाइट्रोजनसे) और $protein-2$ (डाइनाइट्रोजनसे रिडक्टेस)।
सक्रिय नाइट्रोजनसे कॉम्प्लेक्स इन दो घटकों की उपस्थिति में प्रभावी ढंग से कार्य करता है और $N_2$ को $NH_3$ में परिवर्तित करता है।

(D) लेगहीमोग्लोबिन एक लाल रंग का,ऑक्सीजन-बाइंडिंग,आयरन युक्त प्रोटीन वर्णक है जो लेग्यूमिनस पौधों की जड़ ग्रंथियों में मौजूद होता है।
यह नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए आवश्यक है क्योंकि यह ऑक्सीजन स्केवेंजर (या ऑक्सीजन बफर) के रूप में कार्य करता है।
यह ग्रंथि के भीतर मुक्त ऑक्सीजन के स्तर को कम रखता है,जो $Nitrogenase$ एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाने के लिए आवश्यक है,क्योंकि $Nitrogenase$ ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।

(A) $Nitrogenase$ एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए आवश्यक है।
यह एक मेटलोप्रोटीन है जिसमें को-फैक्टर के रूप में मोलिब्डेनम मौजूद होता है।
इसलिए,पौधों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया के लिए मोलिब्डेनम एक अनिवार्य तत्व है।

(C) नाइट्रोजनेज जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में शामिल मुख्य एंजाइम है,जो नाइट्रोजन चयापचय की प्रक्रिया में अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।

(A) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एंजाइम को नाइट्रोजनेज कहा जाता है।
यह एंजाइम कॉम्प्लेक्स फलीदार पौधों की जड़ की ग्रंथियों में पाया जाता है और वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने की प्रक्रिया को उत्प्रेरित करता है।
नाइट्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स दो घटकों से बना होता है: $Fe$-प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनेज रिडक्टेस) और $Mo-Fe$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनेज)।
$Fe$-प्रोटीन में आयरन-सल्फर क्लस्टर ($4Fe$ और $4S$) होता है जो अपचयन प्रक्रिया के लिए आवश्यक रेडॉक्स अभिक्रियाओं में भाग लेता है।

(D) नाइट्रोजन स्थिरीकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसे कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा किया जाता है। हालांकि फलीदार पौधे (legumes) $Rhizobium$ के साथ जड़ ग्रंथिकाएं बनाने के लिए जाने जाते हैं,कुछ गैर-फलीदार पौधे भी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं। $Alnus$ और $Casuarina$ गैर-फलीदार पौधों के उत्कृष्ट उदाहरण हैं जो $Frankia$ नामक एक्टिनोमाइसेट के साथ मिलकर वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने के लिए जड़ ग्रंथिकाएं बनाते हैं। $Xanthomonas$ बैक्टीरिया का एक वंश है,यह पौधा नहीं है। इसलिए,प्रश्न के विकल्पों में त्रुटि है। हालांकि,गैर-फलीदार नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले पौधों के संदर्भ में $Alnus$ और $Casuarina$ सही हैं।

(D) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण नाइट्रोजनेज एंजाइम द्वारा किया जाता है,जो आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
लेग्यूम पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में,लेगहीमोग्लोबिन एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (ऑक्सीजन अवशोषक) के रूप में कार्य करता है।
यह ऑक्सीजन के साथ जुड़कर ग्रंथिकाओं में ऑक्सीजन की सांद्रता को कम रखता है,जिससे नाइट्रोजनेज एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाया जा सके और इसकी कार्यात्मक सक्रियता सुनिश्चित की जा सके।

(C) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_{2})$ को अमोनिया $(NH_{3})$ में परिवर्तित किया जाता है,जिसका उपयोग पौधों द्वारा किया जा सकता है।
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण अभिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जाता है:
$N_{2} + 8 H^{+} + 8 e^{-} + 16 ATP \rightarrow 2 NH_{3} + H_{2} + 16 ADP + 16 Pi$
यह प्रक्रिया नाइट्रोजनएज़ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जो साइनोबैक्टीरिया और राइजोबियम जैसे कुछ प्रोकैरियोट्स में पाया जाता है।

(C) समीकरण $N_{2} + 8e^{-} + 8H^{+} \rightarrow 2NH_{3} + H_{2}$ जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया को दर्शाता है।
इस प्रक्रिया में,नाइट्रोजनेज एंजाइम वायुमंडलीय डाइनाइट्रोजन $(N_{2})$ का अमोनिया $(NH_{3})$ में अपचयन (reduction) करता है।
यह नाइट्रोजन चक्र का एक महत्वपूर्ण चरण है जिसमें अक्रिय वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ऐसे रूप में परिवर्तित किया जाता है जिसे जीवित जीवों द्वारा उपयोग किया जा सके।

(A) नाइट्रोजनएज़ एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है,जो वायुमंडलीय $N_2$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित करता है।
फलियां (legumes) $Rhizobium$ जैसे बैक्टीरिया के साथ सहजीवी संबंध बनाती हैं,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन को पौधे द्वारा उपयोग योग्य रूप में बदलने के लिए नाइट्रोजनएज़ एंजाइम का उपयोग करते हैं।
यदि सभी नाइट्रोजनएज़ एंजाइम निष्क्रिय हो जाते हैं,तो फलियों में नाइट्रोजन का जैविक स्थिरीकरण पूरी तरह से रुक जाएगा।
यद्यपि नाइट्रोजन स्थिरीकरण के अन्य रूप (जैसे औद्योगिक या विद्युत) मौजूद हैं,लेकिन फलियों में नाइट्रोजनएज़ द्वारा मध्यस्थता वाली विशिष्ट जैविक प्रक्रिया बंद हो जाएगी।

(A) बैक्टीरिया में,विशेष रूप से सहजीवी राइजोबियम में,जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया विशिष्ट जीन समूहों द्वारा नियंत्रित होती है।
$1$. $Nod$ जीन: ये जीन नोड्यूलेशन (ग्रंथि बनने) की प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार होते हैं,जिसमें मूल रोम का मुड़ना,संक्रमण धागे का निर्माण और ग्रंथि का विकास शामिल है।
$2$. $nif$ जीन: ये जीन वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयित करने के लिए आवश्यक एंजाइमों (जैसे नाइट्रोजनस) और नियामक प्रोटीन के लिए कोड करते हैं।
$3$. $fix$ जीन: ये जीन सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण अवस्था के नियमन और रखरखाव में शामिल होते हैं,विशेष रूप से ग्रंथि के अंदर बैक्टीरॉइड रूप में।
अतः,इन प्रक्रियाओं में शामिल जीन का सही समूह $Nod, nif, fix$ है।

(B) नाइट्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की अभिक्रिया इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \longrightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$
समीकरण के स्टोइकोमेट्री (stoichiometry) से यह स्पष्ट है कि $2$ अणु $NH_3$ के उत्पादन के लिए $16$ $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
अतः,$NH_3$ के $1$ अणु के निर्माण के लिए आवश्यक $ATP$ की संख्या $16 / 2 = 8$ $ATP$ अणु है।

(B) $Azotobacter$ एक मुक्त-जीवी,वायवीय और गैर-सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है। यह मिट्टी में स्वतंत्र रूप से रहकर वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करता है। इसके विपरीत,$Rhizobium$ और $Frankia$ सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीव हैं।

(B) नाइट्रोजनेज एंजाइम एक $Mo-Fe$ प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_{2})$ के अमोनिया $(NH_{3})$ में अपचयन (reduction) को उत्प्रेरित करता है। यह एंजाइम आणविक ऑक्सीजन $(O_{2})$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और केवल प्रोकैरियोट्स (जैसे $Rhizobium$,$Azotobacter$ आदि) में पाया जाता है। इसलिए,सही कथन यह है कि यह केवल प्रोकैरियोट्स में पाया जाता है।

(D) लेगहीमोग्लोबिन $(LHb)$ लेग्यूमिनस पौधों की जड़ ग्रंथियों में पाया जाने वाला एक लाल वर्णक है।
नाइट्रोजिनेज,जो $N_2$-स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एंजाइम है,आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसके द्वारा निष्क्रिय हो जाता है।
$LHb$ एक ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है,जो $O_2$ के साथ जुड़कर ग्रंथि के वातावरण में ऑक्सीजन की सांद्रता को कम रखता है।
यह नाइट्रोजिनेज एंजाइम को ऑक्सीजन के निरोधात्मक प्रभावों से सुरक्षित रखता है,जिससे स्थिरीकरण की प्रक्रिया कुशलतापूर्वक आगे बढ़ सकती है।

(D) दिया गया समीकरण जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया को दर्शाता है,जो नाइट्रोजनज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
इस प्रक्रिया में,वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_{2})$ को $ATP$ और इलेक्ट्रॉनों के रूप में ऊर्जा का उपयोग करके अमोनिया $(NH_{3})$ में अपचयित (reduce) किया जाता है।
यह अभिक्रिया नाइट्रोजन चक्र का एक महत्वपूर्ण चरण है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ऐसे रूप में परिवर्तित करने की अनुमति देती है जिसका उपयोग पौधे कर सकते हैं।

(A) नाइट्रोजनेज एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसे कार्य करने के लिए अवायवीय (anaerobic) स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसलिए,यह कथन कि नाइट्रोजनेज को कार्य करने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है,गलत है। लेग-हीमोग्लोबिन जड़ की ग्रंथियों में इन अवायवीय स्थितियों को बनाने के लिए ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है।

(D) डायज़ोट्रॉफ़्स वे जीव हैं जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन को उपयोगी रूप (जैसे अमोनिया) में स्थिर कर सकते हैं।
$Rhizobium$ और $Azotobacter$ प्रसिद्ध नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया हैं।
$Frankia$ और $Klebsiella$ में भी वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने की क्षमता होती है।
$Anabaena$ और $Nostoc$ साइनोबैक्टीरिया हैं जो 'हेटरोसिस्ट' नामक विशेष कोशिकाओं में नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं।
अतः,सूचीबद्ध सभी जीव डायज़ोट्रॉफ़्स हैं।

(D) नाइट्रोजनज एंजाइम आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
यह ऑक्सीजन सांद्रता के प्रति प्रतिरोधी नहीं है।
जड़ ग्रंथियों में,एंजाइम को प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए अवायवीय वातावरण की आवश्यकता होती है,जिसे लेगहीमोग्लोबिन प्रोटीन द्वारा बनाए रखा जाता है जो ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है।
इसलिए,यह कथन कि यह $O_2$ सांद्रता के प्रति प्रतिरोधी है,गलत है।

(B) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया नाइट्रोजनएज़ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। डाइनाइट्रोजन $(N_2)$ के एक अणु के अपचयन (reduction) के लिए कुल समीकरण इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$
इस समीकरण के अनुसार, $N_2$ के एक अणु के अपचयन के लिए $8$ इलेक्ट्रॉन और $8$ प्रोटॉन की आवश्यकता होती है।

(C) नाइट्रोजनसे एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एक जटिल मेटलोप्रोटीन है। यह दो घटकों से बना होता है: $Fe$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनसे रिडक्टेस) और $Mo-Fe$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनसे)। एंजाइम के सक्रिय स्थल में एक मोलिब्डेनम-आयरन कोफैक्टर $(MoFeCo)$ होता है,जिसमें मोलिब्डेनम $(Mo)$,आयरन $(Fe)$ और सल्फर $(S)$ परमाणु शामिल होते हैं। इसलिए,सही संरचना $Mo, Fe, S$ है।

(C) यूराइड्स कार्बनिक यौगिक हैं जिनमें नाइट्रोजन और कार्बन का अनुपात बहुत अधिक होता है। ये $Glycine \ max$ (सोयाबीन) जैसे कुछ लेग्यूमिनस (फलीदार) पौधों में नाइट्रोजन के भंडारण और परिवहन के लिए पसंदीदा रूप हैं। ये यौगिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के दौरान जड़ की ग्रंथियों में संश्लेषित होते हैं और फिर जाइलम के माध्यम से पौधे के अन्य भागों में ले जाए जाते हैं।

(A) बैक्टीरिया (जैसे $Rhizobium$) में नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार जीन को $Nif$ जीन (नाइट्रोजन फिक्सेशन जीन) के रूप में जाना जाता है।
ये जीन वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने के लिए आवश्यक एंजाइमों,विशेष रूप से नाइट्रोजनेज के लिए कोड करते हैं।

(A) $nif$ जीन (नाइट्रोजन स्थिरीकरण जीन) कई बैक्टीरिया जैसे $Klebsiella\; pneumoniae$ और $Azotobacter$ में पाए जाने वाले जीनों का एक समूह है,जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार होते हैं।
ये जीन वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयित करने के लिए आवश्यक एंजाइमों के लिए कोड करते हैं।
$Klebsiella\; pneumoniae$ में $nif$ जीन क्लस्टर में $17$ जीन होते हैं जो $7$ या $8$ ओपेरॉन में व्यवस्थित होते हैं,लेकिन ऐतिहासिक रूप से और कई पाठ्यपुस्तकों के संदर्भ में,इसे अक्सर नाइट्रोजनस कॉम्प्लेक्स और इसके विनियमन में शामिल $15$ जीनों के समूह के रूप में जाना जाता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में सबसे उपयुक्त उत्तर $15$ जीन है।

(B) $\Rightarrow$ एजोटोबैक्टर मिट्टी में पाए जाने वाले मुक्त-जीवी,नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया हैं।
$\Rightarrow$ यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करते हैं,जिसे पौधों द्वारा अवशोषित किया जा सकता है।
$\Rightarrow$ मिट्टी में एजोटोबैक्टर कल्चर मिलाकर,किसान जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया को बढ़ा रहा है।
$\Rightarrow$ इसलिए,मिट्टी में जिस खनिज तत्व की पुनःपूर्ति हो रही है,वह नाइट्रोजन है।

(B) $\Rightarrow$ लेग-हीमोग्लोबिन दलहनी पौधों की मूल ग्रंथियों (root nodules) के भीतर अवायवीय (anaerobic) वातावरण बनाता है।
यह एक ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है।
यह $O_{2}$ के साथ जुड़ जाता है और नाइट्रोजन एंजाइम को ऑक्सीजन के हानिकारक प्रभावों से बचाता है।
इससे नाइट्रोजन एंजाइम के लिए वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में स्थिर करना आसान हो जाता है।

(A) $Azotobacter$ मुक्त-जीवी (असहजीवी) नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले प्रोकैरियोट का एक प्रसिद्ध उदाहरण है।
यह एक मृदा जीवाणु है जो पौधों के साथ सहजीवी संबंध बनाए बिना स्वतंत्र रूप से वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में स्थिर करता है।
यह आमतौर पर कृषि मृदा,जैसे धान के खेतों में पाया जाता है,जहाँ यह मृदा की उर्वरता बढ़ाने में योगदान देता है।

(B) $\Rightarrow$ नाइट्रोजिनेज एंजाइम एक जटिल $Mo-Fe$ प्रोटीन है।
$\Rightarrow$ यह नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों में पाया जाता है और वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयित करने के लिए उत्तरदायी है।
$\Rightarrow$ यह एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसकी सक्रियता के लिए अवायवीय परिस्थितियों की आवश्यकता होती है।

(A) $Frankia$ एक तंतुमय जीवाणु है जो $Alnus$ (एल्डर) जैसे गैर-फलीदार पौधों में सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाली जड़ ग्रंथिकाएं बनाता है।
$Rhizobium$ आमतौर पर फलीदार पौधों में ग्रंथिकाएं बनाता है।
$Rhodospirillum$ एक प्रकाश संश्लेषी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है।
$Beijerinckia$ एक मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है।

(A) नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों को पौधों के साथ उनके संबंध के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:
$1.$ सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक: ये पौधों के साथ सहजीवन में रहते हैं (जैसे,जड़ ग्रंथियों में)। उदाहरणों में $I-$ राइजोबियम,$V-$ फ्रैंकिया और $VIII-$ नोस्टॉक (जब सहजीवी संबंध में हों) शामिल हैं।
$2.$ मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक: ये मिट्टी में स्वतंत्र रूप से रहते हैं। उदाहरणों में $II-$ एजोटोबैक्टर,$III-$ बेइजर्नकिया,$IV-$ रोडोस्पिरिलियम,$VI-$ बैसिलस और $VII-$ एनाबीना (जब मुक्त-जीवी हों) शामिल हैं।
अतः,सही समूह (सहजीवी: $I, V, VIII$) और (मुक्त-जीवी: $II, III, IV, VI, VII$) है।

(A) नाइट्रोजिनेज एंजाइम,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है,एक जटिल प्रोटीन है। यह $Mo - Fe$ (मोलिब्डेनम-आयरन) युक्त प्रोटीन है,जो विशेष रूप से एक पॉलीपेप्टाइड है। यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए उत्प्रेरक का कार्य करता है।

(B) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण नाइट्रोजन एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है। $N_2$ के $NH_3$ में अपचयन (reduction) के लिए कुल समीकरण इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
इस समीकरण के अनुसार,$1$ अणु $N_2$ के अपचयन के लिए $2$ अणु $NH_3$ उत्पन्न करने हेतु $16$ अणु $ATP$ की आवश्यकता होती है।
अतः,$1$ अणु $NH_3$ के स्थिरीकरण के लिए $8$ अणु $ATP$ का उपयोग होता है।