C3 and Dark reaction Questions in Gujarati

(D) કેલ્વિન ચક્રમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન તબક્કામાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક ભાગ લે છે,જે $CO_2$ ની રિબ્યુલોઝ $1, 5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ સાથેની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપિત કરે છે.
આ પ્રક્રિયા એક અસ્થાયી $6$-કાર્બન ધરાવતું મધ્યવર્તી સંયોજન બનાવે છે.
આ અસ્થાયી સંયોજન તરત જ જળવિભાજન પામીને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બનાવે છે.
તેથી,$3$-$PGA$ એ કેલ્વિન ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી મધ્યવર્તી નીપજ છે.

(B) કેલ્વિન ચક્રમાં,$RuBisCO$ ઉત્સેચક $CO_2$ સાથે $RuBP$ (Ribulose $1,5$-bisphosphate) ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.
આ પ્રતિક્રિયા એક અસ્થાયી $6$-કાર્બન ધરાવતું મધ્યવર્તી સંયોજન બનાવે છે જેને $2$-carboxy,$3$-keto,$1,5$-biphospho ribitol તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ મધ્યવર્તી સંયોજન તરત જ જળવિભાજન પામીને $3$-phosphoglycerate ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બનાવે છે.

(A) કાર્બન ડાયોક્સાઇડના રિડક્શનની પ્રક્રિયામાં (જે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કેલ્વિન ચક્રમાં થાય છે),$3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટનું ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ-$3$-ફોસ્ફેટમાં રૂપાંતર કરવા માટે જરૂરી ઉર્જા પૂરી પાડવા માટે $ATP$ વપરાય છે.
તેથી,આ પ્રક્રિયામાં $ATP$ નો ઉપયોગ થાય છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણના કેલ્વિન ચક્રમાં,રિડક્શન તબક્કામાં $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(PGA)$ નું ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ-$3$-ફોસ્ફેટ (જેને ફોસ્ફોગ્લિસરાડીહાઈડ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) માં રૂપાંતર થાય છે.
આ તબક્કા માટે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ ની જરૂર પડે છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,$PGA$ ના કાર્બોક્સિલ સમૂહનું ફોસ્ફોગ્લિસરાડીહાઈડમાં રહેલા આલ્ડિહાઈડ સમૂહમાં રિડક્શન થાય છે,જે એક રિડક્શન પ્રક્રિયા છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયાને $C_3$ ચક્ર અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
તેને 'અંધકાર પ્રક્રિયા' કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે પ્રકાશ પર આધારિત નથી,તેવું નથી કે તે માત્ર અંધકારમાં જ થાય છે.
આનો અર્થ એ છે કે $CO_2$ નું કાર્બોદિતમાં સ્થાપન કરવા માટેની પ્રક્રિયાઓને સીધી રીતે પ્રકાશ ઉર્જાની જરૂર હોતી નથી,જોકે તે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓની નીપજો ($ATP$ અને $NADPH$) પર નિર્ભર છે.
તેથી,તેને આગળ વધવા માટે પ્રકાશની હાજરીની જરૂર હોતી નથી.

(A) રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક,જેને સામાન્ય રીતે $RuBisCO$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,તે પૃથ્વી પરનો સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે.
તે કેલ્વિન ચક્રના પ્રથમ તબક્કા એટલે કે રિબ્યુલોઝ $1, 5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ ના કાર્બોક્સિલેશનનું ઉદ્દીપન કરે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$CO_2$ એ $RuBP$ સાથે જોડાઈને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરિક એસિડ $(3-PGA)$ ના બે અણુઓ બનાવે છે.
તેથી,કાર્બોક્સિલેશન પ્રક્રિયા $CO_2$ અને રિબ્યુલોઝ $1, 5$-બાયફોસ્ફેટ વચ્ચે થાય છે.

(A) કેલ્વિન ચક્રમાં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે ચક્રના $6$ ચક્રોની જરૂર પડે છે.
કેલ્વિન ચક્રના દરેક ચક્રમાં $CO_2$ ના એક અણુનું સ્થાપન થાય છે.
દરેક $CO_2$ અણુના સ્થાપન માટે,રિડક્શન અને પુનઃનિર્માણના તબક્કામાં $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH$ વપરાય છે.
ખાસ કરીને,$RuBP$ ના પુનઃનિર્માણના તબક્કામાં,પ્રતિ $CO_2$ અણુ દીઠ $1$ $ATP$ વપરાય છે.
ગ્લુકોઝનો $1$ અણુ બનાવવા માટે $CO_2$ ના $6$ અણુઓની જરૂર હોવાથી,પુનઃનિર્માણના તબક્કા માટે જરૂરી કુલ $ATP$ $6 \times 1 = 6$ $ATP$ અણુઓ છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા,જેને $Calvin$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે વાતાવરણીય $CO_2$ ના સ્થાપનથી શરૂ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જે $CO_2$ ને $Ribulose$ $1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નામના $5$-કાર્બન ધરાવતી શર્કરા સાથે જોડવામાં મદદ કરે છે.
આ ચોક્કસ તબક્કો,જેમાં $CO_2$ નું કાર્બનિક અણુમાં રૂપાંતરણ થાય છે,તેને $Carboxylation$ (કાર્બોક્સિલેશન) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,$Carboxylation$ એ અંધકાર પ્રક્રિયાનો પ્રથમ અને સૌથી મહત્વપૂર્ણ તબક્કો છે.

(C) કેલ્વિન ચક્રમાં $CO_2$ નું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન થાય છે.
કેલ્વિન ચક્રના દરેક ચક્રમાં $CO_2$ નો એક અણુ $3$-કાર્બન સંયોજન ($3$-$PGA$) માં સ્થાપિત થાય છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુમાં $6$ કાર્બન પરમાણુઓ હોવાથી,તેને $6$ અણુ $CO_2$ ના સ્થાપનની જરૂર પડે છે.
તેથી,ગ્લુકોઝનો એક અણુ ઉત્પન્ન કરવા માટે કેલ્વિન ચક્રના $6$ ચક્ર જરૂરી છે.

(B) કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ ચક્ર) માં,$1$ અણુ $CO_2$ ના સ્થાપન માટે $3$ અણુ $ATP$ અને $2$ અણુ $NADPH$ ની જરૂર પડે છે.
ચોક્કસ રીતે,રિડક્શન તબક્કા દરમિયાન $2$ $ATP$ વપરાય છે અને $RuBP$ ના પુનઃસર્જન તબક્કા દરમિયાન $1$ $ATP$ વપરાય છે.
તેથી,$1$ $CO_2$ ના સ્થાપન માટે $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH$ ની આવશ્યકતા રહે છે.

(C) $RUBP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ (જેને $RuBisCO$ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) એ વિશ્વનું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું પ્રોટીન છે. તે પ્રકાશસંશ્લેષી વનસ્પતિઓના હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં ખૂબ જ ઊંચી સાંદ્રતામાં જોવા મળે છે,જ્યાં તે કેલ્વિન ચક્રના પ્રથમ તબક્કા (કાર્બન સ્થાપન) ને ઉત્તેજિત કરે છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણના $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં,વાતાવરણીય $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહી $5$-કાર્બન ધરાવતી કીટોઝ શર્કરા છે જેને રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ $(RuBisCO)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જે પૃથ્વી પરનું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતું પ્રોટીન છે.
$RuBP$ સાથે $CO_2$ ના સ્થાપનથી $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે.

(A) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન તબક્કામાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક ભાગ લે છે,જે $CO_2$ અને રિબ્યુલોઝ-$1, 5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ વચ્ચેની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરે છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરિક એસિડ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે.
$3$-$PGA$ એ $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે અને તે કેલ્વિન ચક્રમાં બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ હોવાથી,આ વનસ્પતિઓને $C_3$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.

(D) કેલ્વિન ચક્ર (જેને $C_3$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) એ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા છે.
કેલ્વિન ચક્રમાં,$Glyceraldehyde-3-phosphate$ $(G3P)$ નો એક અણુ બનાવવા માટે $CO_2$ ના $3$ અણુઓનું સ્થાપન થાય છે.
ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નો એક અણુ બનાવવા માટે,આ ચક્ર $6$ વખત ફરે છે,જેમાં $CO_2$ ના $6$ અણુઓનું સ્થાપન થાય છે.
પાણી $(H_2O)$ મુખ્યત્વે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ (પ્રકાશવિભાજન) દરમિયાન વપરાય છે જેથી ઇલેક્ટ્રોન,પ્રોટોન અને ઓક્સિજન મળી શકે,તે સીધી રીતે કેલ્વિન ચક્રમાં વપરાતું નથી.
જો કે,જો પ્રશ્ન સમગ્ર પ્રકાશસંશ્લેષણના સમીકરણ $(6CO_2 + 12H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O)$ ના સ્ટોઇકિયોમેટ્રીના સંદર્ભમાં હોય,તો એક ગ્લુકોઝ અણુના સંશ્લેષણ માટે પાણીનો ચોખ્ખો વપરાશ $12$ અણુઓ છે.
કેલ્વિન ચક્ર એ અંધકાર પ્રક્રિયા હોવાથી,તે સીધી રીતે પાણીના અણુઓનો વપરાશ કરતું નથી. પરંતુ,ગ્લુકોઝ સંશ્લેષણ માટેના ઇનપુટના સંદર્ભમાં,$3$ $CO_2$ અણુઓના સ્થાપન માટે જરૂરી પ્રકાશ પ્રક્રિયાઓ માટે $6$ $H_2O$ અણુઓની જરૂર પડે છે.

(B) $CO_2$ વળતર બિંદુ એ $CO_2$ ની એવી સાંદ્રતા છે કે જ્યાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર અને શ્વસનનો દર સમાન હોય છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓ ઊંચું $CO_2$ વળતર બિંદુ (આશરે $25-100 \ ppm$) ધરાવે છે કારણ કે તેમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) થાય છે,જે $CO_2$ મુક્ત કરે છે અને ચોખ્ખી પ્રકાશસંશ્લેષણ કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે.
તેની સામે,$C_4$ વનસ્પતિઓ ખૂબ જ નીચું $CO_2$ વળતર બિંદુ (આશરે $0-10 \ ppm$) ધરાવે છે કારણ કે તેમની પાસે $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ને સાંદ્રિત કરવાની પદ્ધતિ હોય છે,જે પ્રકાશશ્વસનને અસરકારક રીતે અટકાવે છે.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિઓની સરખામણીમાં $C_3$ વનસ્પતિઓ ઊંચું $CO_2$ વળતર બિંદુ દર્શાવે છે.

(B) તાપમાન અચળાંક $(Q_{10})$ ને $10^{\circ}C$ ના તફાવત ધરાવતા બે તાપમાને પ્રક્રિયાના દરના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) સહિત મોટાભાગની જૈવિક પ્રક્રિયાઓ માટે,$Q_{10}$ નું મૂલ્ય સામાન્ય રીતે $2$ અને $3$ ની વચ્ચે હોય છે.
આ સૂચવે છે કે જો ઉત્સેચકોનું વિકૃતિકરણ (denaturation) ન થાય,તો તાપમાનમાં દર $10^{\circ}C$ ના વધારા સાથે પ્રક્રિયાનો દર આશરે બમણો કે ત્રણ ગણો થાય છે.

(C) પ્રકાશશ્વસન એ $C_3$ વનસ્પતિઓમાં થતી એક પ્રક્રિયા છે જ્યારે $RuBisCO$ ઉત્સેચક કાર્બોક્સિલેઝને બદલે ઓક્સિજનેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રક્રિયા હોવા છતાં,તમામ પ્રકાશસંશ્લેષી વનસ્પતિઓમાં (પ્રકાશશ્વસન કરતી વનસ્પતિઓ સહિત) વાતાવરણીય $CO_2$ ના સ્થાપન માટેનો મુખ્ય માર્ગ કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ ચક્ર) જ રહે છે.
કેલ્વિન ચક્રમાં,$CO_2$ નું સ્થાપન $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા થઈને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) બને છે.

(D) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન તબક્કામાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક ભાગ લે છે,જે $CO_2$ ની $RuBP$ ($5$-કાર્બન શર્કરા) સાથેની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરે છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરિક એસિડ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-કાર્બન ધરાવતી હોવાથી,આ વનસ્પતિઓને $C_3$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં,પુનઃસર્જનના તબક્કામાં $Erythrose-4-phosphate$ અને $Xylulose-5-phosphate$ માંથી $Sedoheptulose-1,7-bisphosphate$ $(SHDP)$ નું નિર્માણ થાય છે.
$Sedoheptulose-1,7-bisphosphate$ $(SHDP)$ એ $7$ કાર્બન ધરાવતું શર્કરા ફોસ્ફેટ મધ્યવર્તી સંયોજન છે.
$SHP$ એટલે $Sedoheptulose-7-phosphate$,જે પણ $7$ કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે,પરંતુ $SHDP$ ને ખાસ કરીને આ પથમાં બાયફોસ્ફેટ મધ્યવર્તી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેથી,$C_3$ ચક્રની પ્રતિક્રિયાઓના સંદર્ભમાં $SHDP$ એ સાચો $7$ કાર્બન ધરાવતો ઘટક છે.

(C) રુબિસ્કો (Ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase) એ વિશ્વમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે. તે હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં જોવા મળે છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કેલ્વિન ચક્રમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. તે કુલ હરિતકણ પ્રોટીનનો આશરે $16\%$ ભાગ ધરાવે છે.

(C) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં,ખાસ કરીને કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ ચક્ર) દરમિયાન,પ્રથમ તબક્કામાં રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નું કાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા RuBisCO ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેમાં $CO_2$ નું સ્થાપન થઈને $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન બને છે જેને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરીક એસિડ ($3$-$PGA$) કહેવામાં આવે છે.
આ $3$-$PGA$ એ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓમાં બનતી પ્રથમ સ્થાયી મધ્યવર્તી નીપજ છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા,જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,પ્રકાશ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ માં સંગ્રહિત ઉર્જાનો ઉપયોગ વાતાવરણીય $CO_2$ ને ગ્લુકોઝ જેવા કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપિત કરવા માટે થાય છે.
પાણીનું પ્રકાશવિભાજન અને હરિતદ્રવ્યનું સક્રિયકરણ એ પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલી ઘટનાઓ છે,અંધકાર પ્રક્રિયા સાથે નહીં.
તેથી,સાચું વિધાન એ છે કે $CO_2$ નું કાર્બનિક સંયોજનોમાં રિડક્શન થાય છે.

(D) $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે ચક્રના $6$ ચક્રોની જરૂર પડે છે.
કેલ્વિન ચક્રના દરેક ચક્ર માટે $3 \ ATP$ અને $2 \ NADPH$ ની જરૂર પડે છે.
તેથી,$6$ ચક્રો માટે: $6 \times 3 = 18 \ ATP$ અને $6 \times 2 = 12 \ NADPH$ જરૂરી છે.
ઉર્જાની દ્રષ્ટિએ $1 \ NADPH$ એ $3 \ ATP$ ની સમકક્ષ હોવાથી,$12 \ NADPH = 12 \times 3 = 36 \ ATP$ થાય.
કુલ જરૂરી ઉર્જા = $18 \ ATP + 36 \ ATP = 54 \ ATP$ સમકક્ષ.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણના કેલ્વિન ચક્રમાં,$CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નામનો $5$-કાર્બનયુક્ત સંયોજન છે.
આ પ્રક્રિયા $RuBisCO$ (રિબ્યુલોઝ-$1,5$-બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ) ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_2$ અને $RuBP$ ના સંયોજનથી $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) ના બે અણુઓ બને છે.

(C) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે મુખ્ય તબક્કાઓમાં થાય છે: પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા (જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે).
પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયામાં,$ATP$ અને $NADPH$ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રકાશ ઉર્જાનો ઉપયોગ થાય છે.
અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) માં,પ્રકાશ પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ $CO_2$ નું શર્કરા (કાર્બોદિત) માં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે.
તેથી,$CO_2$ ના રિડક્શનથી શર્કરા બનવાની પ્રક્રિયા એ અંધકાર પ્રક્રિયાનું મુખ્ય લક્ષણ છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) માં કાર્બનનો માર્ગ મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા શોધવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં કાર્બનના રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ $C^{14}$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
$C^{14}O_2$ નો ઉપયોગ કરીને,તેઓ કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્થાપન દરમિયાન બનતા મધ્યવર્તી સંયોજનોને ઓળખવામાં સફળ રહ્યા હતા,જેનાથી કેલ્વિન ચક્રની શોધ થઈ.

(D) મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓએ કેલ્વિન ચક્રની શોધ કરવા માટે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયોએક્ટિવ $ ^{14}C $ નો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેમણે પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટે ખાસ કરીને એકકોષીય લીલી શેવાળ,$ Chlorella $ અને $ Scenedesmus $ નો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેથી,$ Chlorella $ એ સાચો જવાબ છે.

(D) હરિતકણ એ બેવડી પટલીય અંગિકા છે.
હરિતકણની અંદર રહેલા પ્રવાહીથી ભરેલા ભાગને સ્ટ્રોમા કહેવામાં આવે છે.
સ્ટ્રોમામાં કાર્બોદિતો અને પ્રોટીનના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.
આ ઉત્સેચકો પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-બિનઆધારિત પ્રક્રિયાઓ (જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા અંધકાર પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) માટે જવાબદાર છે.
હરિતદ્રવ્ય એ થાઈલેકોઈડ પટલમાં આવેલું હોય છે,સ્ટ્રોમામાં નહીં.
રિબોઝોમ્સ સ્ટ્રોમામાં હાજર હોય છે,પરંતુ પ્રકાશસંશ્લેષણના ચયાપચયના માર્ગ સાથે સંબંધિત સ્ટ્રોમાની મુખ્ય કાર્યાત્મક લાક્ષણિકતા પ્રકાશ-બિનઆધારિત પ્રક્રિયાના ઉત્સેચકોની હાજરી છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે મુખ્ય તબક્કામાં થાય છે: પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા (જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા $C_3$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે).
$1$. પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ હરિતકણના થાઇલેકોઇડ પટલ (ગ્રેના) માં થાય છે,જ્યાં પ્રકાશ ઉર્જાનું રાસાયણિક ઉર્જા ($ATP$ અને $NADPH$) માં રૂપાંતર થાય છે.
$2$. અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે.
$3$. સ્ટ્રોમામાં,પ્રકાશ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ $CO_2$ ને કાર્બોદિત (શર્કરા) માં ફેરવવા માટે થાય છે.
તેથી,સ્ટ્રોમા એ અંધકાર પ્રક્રિયા માટેનું મુખ્ય સ્થાન છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની સમગ્ર પ્રક્રિયા $6CO_2 + 12H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$ છે.
રેડિયોએક્ટિવ આઈસોટોપ $(^{18}O)$ ના અભ્યાસો દર્શાવે છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ માંથી આવે છે.
જોકે,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના અણુમાં રહેલા ઓક્સિજન પરમાણુઓ કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન વપરાતા કાર્બન ડાયોક્સાઈડ $(CO_2)$ ના અણુઓમાંથી મેળવવામાં આવે છે.
તેથી,ગ્લુકોઝમાંનો ઓક્સિજન $CO_2$ માંથી આવે છે.

(A) હરિતકણ એ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનું સ્થાન છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન,પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રતિક્રિયાઓ (જેને કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) હરિતકણના આધારકમાં (સ્ટ્રોમામાં) થાય છે.
આ ચક્રમાં,RuBisCO ઉત્સેચક વાતાવરણીય $CO_2$ (કાર્બન ડાયોક્સાઈડ) નું ગ્લુકોઝ જેવા કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન કરવાની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે.
તેથી,હરિતકણ કાર્બન ડાયોક્સાઈડના સ્થાપન માટે જવાબદાર છે.

(C) $RuBisCO$ (રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ કાર્બોકઝાયલેઝ ઓક્સિજનેઝ) એ વિશ્વમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતો ઉત્સેચક છે.
તે પ્રકાશસંશ્લેષણના $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં સામેલ મુખ્ય ઉત્સેચક છે.
કેલ્વિન ચક્ર પ્રકાશસંશ્લેષી વનસ્પતિઓના હરિતકણના આધારકમાં (Stroma) થાય છે.
તેથી,$RuBisCO$ હરિતકણમાં જોવા મળે છે.

(C) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક રિબ્યુલોઝ $1,5$-બિસફોસ્ફેટ $(RuBP)$ છે.
રૂબિસ્કો $(RuBisCO)$ ઉત્સેચક કાર્બોક્સિલેશન પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપિત કરે છે,જેમાં $CO_2$ એ $RuBP$ સાથે જોડાઈને $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરીક એસિડ $(3-PGA)$ ના બે અણુઓ બનાવે છે.
પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન $(3-PGA)$ હોવાથી,આ વનસ્પતિઓને $C_3$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નો એક અણુ ઉત્પન્ન કરવા માટે $CO_2$ ના $6$ અણુઓનું સ્થાપન જરૂરી છે.
$CO_2$ ના દરેક અણુના સ્થાપન માટે $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH_2$ વપરાય છે.
તેથી,$CO_2$ ના $6$ અણુઓ માટે:
જરૂરી $ATP = 6 \times 3 = 18$ $ATP$.
જરૂરી $NADPH_2 = 6 \times 2 = 12$ $NADPH_2$.
આમ,સાચો જવાબ $18$ $ATP$ અને $12$ $NADPH_2$ છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં, પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ $ATP$ અને $NADPH$ ઉત્પન્ન કરે છે, જેનો ઉપયોગ ત્યારબાદ પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ (કેલ્વિન ચક્ર) માં $CO_2$ ના કાર્બોદિતોમાં રિડક્શન માટે થાય છે.
તેથી, કેલ્વિન ચક્રમાં $CO_2$ ના રિડક્શન દરમિયાન, $3-\text{ફોસ્ફોગ્લિસરેટ}$ નું $\text{ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ}-3-\text{ફોસ્ફેટ}$ માં રૂપાંતર કરવા માટે જરૂરી ઉર્જા પૂરી પાડવા માટે $ATP$ વપરાય છે.

(D) મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓએ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બનના માર્ગ પર સંશોધન કરવા માટે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયોએક્ટિવ $ ^{14}C $ નો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેમણે કાર્બન સ્થાપન માર્ગને શોધવા માટે ખાસ કરીને એકકોષીય લીલી શેવાળ, $ \text{Chlorella} $ (કલોરેલા) અને $ \text{Scenedesmus} $ (સ્કેનેડેસ્મસ) નો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે અંતે કેલ્વિન ચક્રની શોધ તરફ દોરી ગયું.

(C) કેલ્વિન $(Calvin)$ ચક્ર,જેને $C_3$ ચક્ર અથવા પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે હરિતકણના આધારક $(Stroma)$ માં થાય છે.
આધારકમાં,$RuBisCO$ ઉત્સેચક પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું કાર્બનિક અણુઓમાં સ્થાપન કરવામાં મદદ કરે છે.
તેથી,કેલ્વિન ચક્ર માટેનું યોગ્ય સ્થાન હરિતકણ છે.

(B) $C_3$ ચક્ર,જેને કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થતી પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી છે.
આ ચક્રની શોધ યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા,બર્કલે ખાતે મેલ્વિન કેલ્વિન,એન્ડ્રુ બેન્સન અને જેમ્સ બેશમ દ્વારા કરવામાં આવી હતી.
તેથી,$C_3$ ચક્રને ઓળખવાનો શ્રેય એમ. કેલ્વિનને જાય છે.

(B) મેલ્વિન કેલ્વિને લીલ (algae) માં પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસ માટે રેડિયોએક્ટિવ $ ^{14}C $ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન બનતા વિવિધ મધ્યવર્તી સંયોજનોને અલગ કરવા અને ઓળખવા માટે રેડિયોએક્ટિવ ક્રોમેટોગ્રાફીનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
આ તકનીક દ્વારા તેઓ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બનનો માર્ગ શોધી શક્યા,જે $ C_3 $ ચક્રની શોધ તરફ દોરી ગયું.

(B) મેલ્વિન કેલ્વિને લીલના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં કિરણોત્સર્ગી $ ^{14}C $ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
કેલ્વિનચક્ર દરમિયાન બનતા વિવિધ કિરણોત્સર્ગી મધ્યવર્તી સંયોજનોને અલગ કરવા અને ઓળખવા માટે, તેમણે પેપર ક્રોમેટોગ્રાફી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
ત્યારબાદ, ક્રોમેટોગ્રામ પરના કિરણોત્સર્ગી ટપકાઓને શોધવા માટે તેમણે ઓટોરેડિયોગ્રાફીનો ઉપયોગ કર્યો હતો.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) હરિતકણના આધારક (સ્ટ્રોમા) માં થાય છે,કણાભસૂત્રના આધારકમાં નહીં.
તેથી,વિધાન $A$ ખોટું છે.
કણાભસૂત્ર એ જારક શ્વસનનું સ્થાન છે અને તે શક્તિના ચયાપચય ($ATP$ ઉત્પાદન) સાથે સંકળાયેલ છે,તેથી કારણ $R$ સાચું છે.
આમ,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા,જેને $Calvin$ ચક્ર અથવા પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે હરિતકણના $Stroma$ (આધારક) માં થાય છે.
$Stroma$ માં એવા ઉત્સેચકો હાજર હોય છે જે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું કાર્બોદિતમાં સ્થાપન કરે છે.
$Grana$ અને $Intergranal$ $lamellae$ એ પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ માટેના સ્થાન છે.

(D) હરિતકણ મુખ્યત્વે બે ભાગો ધરાવે છે: થાઈલેકોઈડ્સ અને આધારક (સ્ટ્રોમા).
$1$. થાઈલેકોઈડ્સમાં ક્લોરોફિલ હોય છે અને તે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓનું સ્થાન છે.
$2$. આધારક (સ્ટ્રોમા) એ હરિતકણનું પ્રવાહીથી ભરેલું માધ્યમ છે.
$3$. આધારકમાં કાર્બોદિતોના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો હોય છે,જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર (પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
$4$. તેથી,આધારકમાં અંધકાર પ્રક્રિયા માટેના ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકારક્રિયા (જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને $CO_2$ નું કાર્બોદિતમાં સ્થાપન કરવામાં આવે છે.
કેલ્વિન ચક્ર માટે જરૂરી ઉત્સેચકો,જેમ કે $RuBisCO$,સ્ટ્રોમાના આધારકમાં હાજર હોય છે,જે આ જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ થવા માટે જરૂરી વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.

(D) સ્ટ્રોમા એ હરિતકણનો પ્રવાહીથી ભરેલો આધારક ભાગ છે.
તેમાં કાર્બોદિતો અને પ્રોટીનના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.
સ્ટ્રોમામાં થતી પ્રક્રિયાઓને અંધકાર-પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે પ્રકાશ પર આધારિત નથી.
તેથી,સ્ટ્રોમામાં આ અંધકાર-પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.

(D) હરિતકણ એ બેવડી પટલમય અંગિકા છે. અંદરના પટલની અંદર રહેલા પ્રવાહીથી ભરેલા ભાગને સ્ટ્રોમા કહે છે.
સ્ટ્રોમામાં કાર્બોદિતો અને પ્રોટીનના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે,જે પ્રકાશ-અલિપ્ત પ્રક્રિયાઓ (જેને કેલ્વિન ચક્ર અથવા અંધકાર પ્રક્રિયાઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) માટે જવાબદાર છે.
ક્લોરોફિલ અને પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ માટેના ઉત્સેચકો થાઈલેકોઈડ પટલમાં આવેલા હોય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(A) $PGAL$ નું પૂર્ણ નામ ફૉસ્ફોગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ (Phosphoglyceraldehyde) છે. તે ત્રણ કાર્બન ધરાવતો શર્કરા ફૉસ્ફેટ છે જે ગ્લાયકોલિસિસ અને કેલ્વિન ચક્ર જેવી ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓમાં મુખ્ય મધ્યવર્તી સંયોજન તરીકે કાર્ય કરે છે. ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન,ગ્લુકોઝનું વિઘટન થઈને $PGAL$ (જેને ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ$-3-$ફૉસ્ફેટ અથવા $G3P$ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ના બે અણુઓ બને છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) દરમિયાન,સંશ્લેષિત થતી પ્રાથમિક શર્કરા $3$-ફૉસ્ફોગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ ($PGAL$ અથવા $G3P$) છે.
$1$. કેલ્વિન ચક્રમાં $CO_2$ નું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન થાય છે.
$2$. $RuBisCO$ ઉત્સેચક $RuBP$ ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉદ્દીપ્ત કરીને $3$-ફૉસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) બનાવે છે.
$3$. $ATP$ અને $NADPH$ નો ઉપયોગ કરીને રિડક્શન પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા,$3$-$PGA$ નું રૂપાંતર $3$-ફૉસ્ફોગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ $(PGAL)$ માં થાય છે,જે એક ટ્રાયોઝ શર્કરા છે.
$4$. આ $PGAL$ અણુ ગ્લુકોઝ અને અન્ય કાર્બોદિતોના સંશ્લેષણ માટે પૂર્વગામી તરીકે કાર્ય કરે છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર-પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) દરમિયાન,રિડક્શન તબક્કાની મુખ્ય નીપજ $3$-ફૉસ્ફોગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ $(PGAL)$ છે,જે એક ફૉસ્ફેટયુક્ત આલ્ડોટ્રાયોઝ શર્કરા છે.
$PGAL$ (જેને ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ-$3$-ફૉસ્ફેટ અથવા $G3P$ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) એ $3$-કાર્બનયુક્ત શર્કરા ફૉસ્ફેટ છે જે ગ્લુકોઝ અને અન્ય કાર્બોદિતોના સંશ્લેષણ માટે પૂર્વગામી તરીકે કાર્ય કરે છે.
$DHAP$ (ડાયહાઈડ્રોક્સિએસીટોન ફૉસ્ફેટ) એ કીટોટ્રાયોઝ છે,જ્યારે $PGAL$ એ આલ્ડોટ્રાયોઝ છે.

(B) $RUBISCO$ નું પૂરું નામ રીબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફૉસ્ફેટ કાર્બોક્ઝાયલેઝ-ઓક્સિજીનેઝ છે.
આ ઉત્સેચક પ્રકાશસંશ્લેષી વનસ્પતિઓના હરિતકણના આધારકમાં (stroma) જોવા મળે છે.
તે કેલ્વિન ચક્રમાં રીબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફૉસ્ફેટ $(RuBP)$ નું $CO_2$ સાથે કાર્બોક્સિલેશન કરીને પ્રકાશસંશ્લેષણમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.