C3 and Dark reaction Questions in Hindi

(C) $RuBisCO$ (रिबुलोज बाईफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजिनेज) संपूर्ण जीवमंडल में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन है।
यह केल्विन चक्र में मुख्य एंजाइम है,जो पौधों में $CO_2$ के स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है।
यह पौधों की पत्तियों में कुल घुलनशील प्रोटीन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनाता है।

(A) $RuBisCO$ का अर्थ रिबुलोज-$1,5$-बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज है।
यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
यह प्रकाश संश्लेषण के दौरान केल्विन चक्र में रिबुलोज-$1,5$-बिस्फोस्फेट $(RuBP)$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

(C) $RUBISCO$ का पूर्ण रूप राइबुलोज़-$1,5$-बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज है।
यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
यह केल्विन चक्र में $CO_2$ के साथ राइबुलोज़-$1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

(B) सही उत्तर $RuBisCO$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) है।
$RuBisCO$ एक संयुग्मी प्रोटीन (होलोएंजाइम) है जो एक प्रोटीन भाग (एपोएंजाइम) और एक गैर-प्रोटीन कोफ़ेक्टर से बना होता है,जो प्रकाश संश्लेषण के केल्विन चक्र में कार्बन स्थिरीकरण के चरण के लिए आवश्यक है।
$RuBP$ एक पांच-कार्बन शर्करा है,$Magnesium$ एक खनिज आयन (कोफ़ेक्टर) है,और $PGAL$ एक तीन-कार्बन शर्करा का मध्यवर्ती उत्पाद है। इसलिए,$RuBisCO$ सही जैविक उत्तर है।

(B) प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएँ (जिन्हें अंधकार अभिक्रियाएँ या ब्लैकमैन की अभिक्रियाएँ भी कहा जाता है) क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा या मैट्रिक्स में होती हैं।
ये अभिक्रियाएँ एंजाइमी प्रक्रियाएँ हैं जो $CO_2$ के कार्बोहाइड्रेट में स्वांगीकरण (assimilation) को उत्प्रेरित करती हैं।

(D) सही उत्तर $D$ है। प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएं (जिन्हें केल्विन चक्र या अंधकार अभिक्रियाएं भी कहा जाता है) पूरी तरह से एंजाइमी होती हैं और क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती हैं। ये अभिक्रियाएं प्रकाश से स्वतंत्र होती हैं,जिसका अर्थ है कि वे प्रकाश की उपस्थिति या अनुपस्थिति में हो सकती हैं,बशर्ते कि आवश्यक एसिमिलेटरी पावर ($ATP$ और $NADPH$) उपलब्ध हो। हालांकि स्ट्रोमा में राइबोसोम हो सकते हैं,लेकिन प्रकाश संश्लेषण के संदर्भ में स्ट्रोमा की मुख्य कार्यात्मक विशेषता यह है कि इसमें प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाओं के लिए आवश्यक एंजाइम मौजूद होते हैं।

(A) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्धभवन।
$1$. कार्बोक्सिलेशन केल्विन चक्र का सबसे महत्वपूर्ण चरण है जहाँ $CO_2$ का उपयोग $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन के लिए किया जाता है।
$2$. यह अभिक्रिया $RuBisCO$ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसके परिणामस्वरूप $3-PGA$ के दो अणु बनते हैं।
$3$. चूंकि इस चरण में वायुमंडलीय $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक अणु में स्थिरीकरण शामिल है,इसलिए इसे कार्बन स्वांगीकरण (carbon assimilation) के लिए सबसे महत्वपूर्ण चरण माना जाता है।

(B) केल्विन चक्र में ग्लूकोज का उत्पादन करने के लिए $CO_2$ का स्थिरीकरण होता है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए $CO_2$ के $6$ अणुओं का स्थिरीकरण आवश्यक है।
प्रत्येक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए अपचयन (reduction) और पुनरुद्भवन (regeneration) के चरणों के दौरान $2$ अणु $NADPH$ और $3$ अणु $ATP$ का उपयोग होता है।
इसलिए,$CO_2$ के $6$ अणुओं के लिए,कुल आवश्यकता $6 \times 2 = 12$ अणु $NADPH$ और $6 \times 3 = 18$ अणु $ATP$ की होती है।

(B) केल्विन चक्र में,जो $C_3$ पादपों में होता है,प्राथमिक कार्बन डाइऑक्साइड ग्राही एक $5$-कार्बन वाली शर्करा फॉस्फेट है जिसे राइबुलोज़ $1, 5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ कहा जाता है।
यह अणु RuBisCO एंजाइम की उपस्थिति में $CO_2$ के साथ अभिक्रिया करके $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$ के दो अणु बनाता है,जो इस चक्र का पहला स्थिर उत्पाद है।

(B) $C_3$ पादप उच्च $CO_2$ सांद्रता की स्थिति में इष्टतम प्रकाश संश्लेषण प्रदर्शित करते हैं।
$C_3$ पादपों में,$RuBisCO$ एंजाइम की $CO_2$ और $O_2$ दोनों के प्रति आत्मीयता होती है।
जब $CO_2$ का स्तर उच्च होता है,तो $RuBisCO$ कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करता है,जो केल्विन चक्र को सुगम बनाता है और कार्बन स्थिरीकरण को कुशल बनाता है।
इसके विपरीत,उच्च $O_2$ स्तर प्रकाश श्वसन (photorespiration) को बढ़ावा देता है,जिससे प्रकाश संश्लेषण की दक्षता कम हो जाती है।
इसलिए,उच्च $CO_2$ सांद्रता वह कारक है जो $C_3$ पादपों में इष्टतम प्रकाश संश्लेषण दर को बढ़ावा देता है।

(A) अप्रकाशीय अभिक्रिया,जिसे केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,प्रकाश अभिक्रिया में उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $CO_2$ को ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ में स्थिर करती है।
ग्लूकोज के एक अणु के संश्लेषण के लिए केल्विन चक्र के कुल समीकरण में,$6CO_2$,$18ATP$ और $12NADPH$ का उपयोग होता है।
इसके परिणामस्वरूप $1$ अणु ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$,$18ADP$,$18Pi$ और $12NADP^+$ उत्पन्न होते हैं।
$CO_2$ केल्विन चक्र में उपयोग किया जाने वाला अभिकारक है,उत्पाद नहीं।
इसलिए,$6CO_2$ अप्रकाशीय अभिक्रिया का उत्पाद नहीं है।

(B) केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) में,चक्र को बनाए रखने के लिए पुनरुद्धभवन चरण आवश्यक है।
ट्रायोज़ फॉस्फेट से $6$ $RuBP$ (रिबुलोज़ $1,5$-बिसफॉस्फेट) अणुओं को पुनर्जीवित करने के लिए $6$ $ATP$ अणुओं की खपत होती है।
विशेष रूप से,प्रत्येक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए,पुनरुद्धभवन चरण में $1$ $ATP$ का उपयोग किया जाता है। चूंकि ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए $6$ $CO_2$ अणुओं की आवश्यकता होती है,इसलिए $6$ $RuBP$ अणुओं के पुनरुद्धभवन के लिए $6$ $ATP$ अणुओं का उपयोग किया जाता है।

(B) $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) में,$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण के लिए $3 \, ATP$ और $2 \, NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ का एक अणु बनाने के लिए,$CO_2$ के $6$ अणुओं का स्थिरीकरण आवश्यक है।
इसलिए,कुल आवश्यकता $6 \times (3 \, ATP) = 18 \, ATP$ और $6 \times (2 \, NADPH) = 12 \, NADPH$ है।
अतः,सही उत्तर $18 \, ATP$ और $12 \, NADPH$ है।

(C) केल्विन चक्र एक ऐसी प्रक्रिया है जो $CO_2$ को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करती है।
केल्विन चक्र का प्रत्येक चक्कर $CO_2$ के एक अणु को तीन-कार्बन वाली शर्करा (G3P) में स्थिर करता है।
चूंकि ग्लूकोज के एक अणु $(C_6H_{12}O_6)$ में $6$ कार्बन परमाणु होते हैं,इसलिए ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए $6$ अणु $CO_2$ की आवश्यकता होती है,जिसके लिए केल्विन चक्र को $6$ बार चलना पड़ता है।

(B) केल्विन चक्र में,$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण के लिए $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की आवश्यकता होती है।
ये अणु चक्र के अपचयन (reduction) चरण के दौरान $3$-फॉस्फोग्लिसरेट $(PGA)$ को ट्रायोज़ फॉस्फेट में बदलने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

(B) अंधकार अभिक्रिया,जिसे केल्विन चक्र या प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया भी कहा जाता है,क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है।
इस प्रक्रिया के दौरान,प्रकाश अभिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ में संचित ऊर्जा का उपयोग वायुमंडलीय $CO_2$ को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करने के लिए किया जाता है।
केल्विन चक्र के अंत में बनने वाला मुख्य स्थिर उत्पाद एक ट्रायोज फॉस्फेट शर्करा है,जिसका उपयोग बाद में ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से,$C_6H_{12}O_6$ अंधकार अभिक्रिया का अंतिम कार्बनिक उत्पाद है।

(A) प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-रासायनिक अभिक्रिया (प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया) $ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन करती है।
ये उत्पाद प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषण चरण (अंधकार अभिक्रिया) के लिए आवश्यक हैं।
$C_3$ पौधों में कार्बन स्थिरीकरण के लिए $Calvin$ चक्र मुख्य मार्ग है,जहाँ $CO_2$ को शर्करा में अपचयित (reduce) करने के लिए $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग किया जाता है।
अतः,सही चरण $Calvin$ चक्र है।

(A) केल्विन चक्र में,$1$ $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए $3$ $ATP$ और $2$ $NADPH_2$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए,यह चक्र $6$ बार घूमता है,जिसके लिए कुल $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH_2$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
इसलिए,एक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए $3$ $ATP$ और $2$ $NADPH_2$ की आवश्यकता होती है।

(A) केल्विन चक्र में ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए चक्र के $6$ चक्कर (turns) आवश्यक होते हैं।
केल्विन चक्र के प्रत्येक चक्कर में $3 \, ATP$ और $2 \, NADPH$ अणुओं का उपयोग होता है।
इसलिए,ग्लूकोज के $1$ अणु के लिए:
आवश्यक $ATP = 6 \times 3 = 18 \, ATP$
आवश्यक $NADPH = 6 \times 2 = 12 \, NADPH$
ग्लूकोज के $4$ अणुओं के लिए:
आवश्यक $ATP = 4 \times 18 = 72 \, ATP$
आवश्यक $NADPH = 4 \times 12 = 48 \, NADPH$
कुल आवश्यक चक्कर = $4 \times 6 = 24$ बार।
अतः,सही आवश्यकता $72 \, ATP, 48 \, NADPH$ और $24$ चक्कर है।

(A) $1$. RuBisCO (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) वास्तव में दुनिया का सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है क्योंकि यह केल्विन चक्र में कार्बन स्थिरीकरण के प्राथमिक चरण के लिए आवश्यक है।
$2$. यह एंजाइम अद्वितीय है क्योंकि इसकी प्रकृति दोहरी है; इसका सक्रिय स्थल $CO_2$ (कार्बोक्सिलेज गतिविधि) और $O_2$ (ऑक्सीजनेज गतिविधि) दोनों के साथ जुड़ सकता है।
$3$. इसलिए,कथन $A$ सही है क्योंकि यह एंजाइम के कार्य और प्रकृति का सटीक वर्णन करता है।
$4$. कथन $R$ भी सही है क्योंकि यह इस स्थापित तथ्य को बताता है कि RuBisCO पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
$5$. अतः,दोनों कथन सही हैं।

(B) $C_3$ पादपों में,प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन की अभिक्रिया केल्विन चक्र के दौरान होती है।
इस प्रक्रिया में वायुमंडलीय $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में स्थिरीकरण शामिल है।
इस अभिक्रिया के लिए उत्तरदायी एंजाइम रिबुलोज-$1,5$-बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज है,जिसे सामान्यतः $RuBP$ कार्बोक्सिलेज या $RuBisCO$ के रूप में जाना जाता है।
यह $CO_2$ के साथ $RuBP$ ($5$-कार्बन शर्करा) के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है,जिससे $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) के दो अणु बनते हैं।

(D) प्रकाशसंश्लेषण में,प्रक्रिया को दो मुख्य चरणों में विभाजित किया गया है: प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया और प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया (जिसे अंधकार अभिक्रिया या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है)।
प्रकाश अभिक्रिया के दौरान,$ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन करने के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।
कार्बन डाइऑक्साइड का स्थिरीकरण अंधकार अभिक्रिया (केल्विन चक्र) के दौरान होता है,जहाँ प्रकाश अभिक्रिया में उत्पादित $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $CO_2$ को ग्लूकोज में परिवर्तित किया जाता है।
इसलिए,कार्बन डाइऑक्साइड का स्थिरीकरण अंधकार अभिक्रिया के दौरान होता है।

(C) केल्विन चक्र की खोज मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों द्वारा की गई थी।
उन्होंने प्रकाश संश्लेषण की अंधकार अभिक्रिया में कार्बन के पथ का पता लगाने के लिए शैवाल प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में रेडियोएक्टिव $C^{14}$ आइसोटोप का उपयोग किया था।
इस तकनीक को रेडियोएक्टिव आइसोटोप तकनीक या कार्बन लेबलिंग के रूप में जाना जाता है।

(B) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया दो मुख्य चरणों में विभाजित है: प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया और प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया (जिसे अंधकार अभिक्रिया या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है)।
$1$. प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया क्लोरोप्लास्ट की थाइलाकोइड झिल्लियों में होती है,जहाँ $ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन होता है।
$2$. अंधकार अभिक्रिया (केल्विन चक्र) क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है,जहाँ प्रकाश अभिक्रिया में उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $CO_2$ को कार्बोहाइड्रेट में स्थिर किया जाता है।
अतः,अंधकार अभिक्रिया के लिए सही स्थान स्ट्रोमा है।

(B) केल्विन चक्र में,जो क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही $5$-कार्बन वाली कीटोज़ शर्करा होती है जिसे राइबुलोज़ $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ कहा जाता है।
यह अभिक्रिया राइबुलोज़ बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज $(RuBisCO)$ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
$PEP$ $C_4$ पादपों में प्राथमिक $CO_2$ ग्राही है,जबकि $PGA$ केल्विन चक्र का पहला स्थिर उत्पाद है।

(A) केल्विन चक्र,जिसे $C_3$ चक्र के रूप में भी जाना जाता है,प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया है।
इसमें $CO_2$ का कार्बनिक यौगिकों में स्थिरीकरण शामिल है।
यह प्रक्रिया तीन मुख्य चरणों से बनी है: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्धार (Regeneration)।
रिडक्शन चरण के दौरान,$ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3$-$PGA$) को ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट $(G3P)$ में अपचयित (reduce) किया जाता है।
चूंकि इस चरण में कार्बन यौगिकों का अपचयन (reduction) शामिल है,इसलिए केल्विन चक्र को सामूहिक रूप से रिडक्टिव कार्बोक्सिलेशन कहा जाता है।

(B) $RuBisCO$ (राइबुलोज$-1,5-$बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन और एंजाइम है।
यह प्रकाश संश्लेषण के केल्विन चक्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है,जहाँ यह वायुमंडलीय $CO_2$ को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करने का कार्य करता है।
चूंकि यह लगभग सभी पौधों में प्राथमिक बायोमास उत्पादन के लिए आवश्यक है,इसलिए यह प्रकाश संश्लेषक जीवों के क्लोरोप्लास्ट में भारी मात्रा में पाया जाता है।

(C) केल्विन चक्र में,एक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए $3\, ATP$ अणु और $2\, NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
विशेष रूप से,इस प्रक्रिया में ऊर्जा खपत के दो चरण शामिल हैं:
$1$. अपचयन (Reduction) चरण: प्रति $CO_2$ अणु $2\, ATP$ और $2\, NADPH$ का उपयोग होता है।
$2$. पुनरुद्भवन (Regeneration) चरण: $RuBP$ के पुनरुद्भवन के लिए प्रति $CO_2$ अणु $1\, ATP$ का उपयोग होता है।
इसलिए,एक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए कुल आवश्यकता $3\, ATP$ और $2\, NADPH$ है।

(C) केल्विन चक्र $CO_2$ को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करने के लिए कार्य करता है।
केल्विन चक्र का प्रत्येक चक्र $CO_2$ के एक अणु को तीन-कार्बन वाली शर्करा $(G3P)$ में स्थिर करता है।
चूंकि ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु में $6$ कार्बन परमाणु होते हैं,इसलिए ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए $6$ अणु $CO_2$ के स्थिरीकरण हेतु इस चक्र को $6$ बार घूमना पड़ता है।
अतः,$6$ चक्रों की आवश्यकता होती है।

(C) $C_3$ पौधों में,प्राथमिक कार्बन स्थिरीकरण का चरण केल्विन चक्र के दौरान होता है।
इस प्रक्रिया के दौरान,$RuBisCO$ एंजाइम $CO_2$ के साथ $RuBP$ $(Ribulose-1,5-bisphosphate)$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है।
यह अभिक्रिया $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3$-$PGA$) के दो अणुओं के निर्माण का परिणाम देती है,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है।
$3$-$PGA$,$C_3$ पौधों में केल्विन चक्र का पहला स्थिर उत्पाद है।

(B) उच्च पादपों में,हरितलवक के दो मुख्य भाग होते हैं: थाइलाकोइड्स और स्ट्रोमा।
$1$. थाइलाकोइड झिल्लियों में वर्णक (जैसे क्लोरोफिल) और प्रकाश-आश्रित अभिक्रियाओं के लिए आवश्यक एंजाइम होते हैं।
$2$. स्ट्रोमा थाइलाकोइड्स के चारों ओर स्थित तरल मैट्रिक्स है।
$3$. स्ट्रोमा में कार्बोहाइड्रेट के जैव-संश्लेषण के लिए आवश्यक एंजाइम होते हैं,जिसे प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया या केल्विन चक्र कहा जाता है।
$4$. अतः,स्ट्रोमा में प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाओं के लिए एंजाइम पाए जाते हैं।

(A) प्रकाश संश्लेषण की वे अभिक्रियाएँ जिन्हें सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है,उन्हें अप्रकाशीय अभिक्रियाएँ या जैव-संश्लेषण चरण (केल्विन चक्र) कहा जाता है।
ये अभिक्रियाएँ हरितलवक के स्ट्रोमा (पीठिका) में होती हैं।
स्ट्रोमा में ऐसे एंजाइम मौजूद होते हैं जो प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं के उत्पादों ($ATP$ और $NADPH$) का उपयोग करके $CO_2$ को शर्करा में स्थिर करते हैं।

(C) केल्विन चक्र में,$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण और अपचयन में तीन मुख्य चरण शामिल होते हैं: कार्बोक्सिलेशन,अपचयन और पुनरुद्भवन (regeneration)।
अपचयन चरण के दौरान,$1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट को ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट में अपचयित करने के लिए $2$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ का उपयोग किया जाता है।
इसके अतिरिक्त,पुनरुद्भवन चरण के दौरान राइबुलोज-$5$-फॉस्फेट को वापस राइबुलोज-$1,5$-बिसफॉस्फेट में बदलने के लिए $1$ अणु $ATP$ की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$CO_2$ के एक अणु को स्थिर करने के लिए कुल $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(C) प्रकाश संश्लेषण की अप्रकाशीय अभिक्रिया (Dark reaction) एंजाइमी अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जो प्रकाश अभिक्रिया के दौरान उत्पन्न एसिमिलेटरी पावर ($ATP$ और $NADPH_2$) का उपयोग करके $CO_2$ को कार्बोहाइड्रेट में अपचयित (reduce) करती है।
चूंकि इन अभिक्रियाओं को आगे बढ़ने के लिए सीधे प्रकाश ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है,इसलिए इन्हें 'अप्रकाशीय अभिक्रिया' या 'प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया' कहा जाता है।
हालाँकि,'अप्रकाशीय अभिक्रिया' शब्द भ्रामक है क्योंकि ये अभिक्रियाएँ प्रकाश की उपस्थिति में भी हो सकती हैं,बशर्ते आवश्यक $ATP$ और $NADPH_2$ उपलब्ध हों।
इसलिए,यह कथन कि अप्रकाशीय अभिक्रिया पूरी तरह से एंजाइमी है,सही है,लेकिन यह कारण कि यह केवल प्रकाश की अनुपस्थिति में होती है,गलत है।

(C) केल्विन चक्र के कार्बोक्सिलेशन चरण के दौरान रिबुलोज $-1, 5-$ बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ का प्रत्येक अणु कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ के एक अणु का स्थिरीकरण करता है,जिसके परिणामस्वरूप $3-$ फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ के दो अणु बनते हैं।
$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण और अपचयन (reduction) के लिए $ATP$ के तीन अणुओं और $NADPH$ के दो अणुओं की आवश्यकता होती है (अपचयन चरण और $RuBP$ के पुनरुद्धार के लिए)।
अतः,कथन सही है,लेकिन कारण में $NADPH$ के तीन और $ATP$ के दो अणुओं की आवश्यकता बताई गई है,जो वास्तविक आवश्यकता ($NADPH$ के दो और $ATP$ के तीन) के विपरीत है। इस प्रकार,कारण गलत है।

(N/A) $ATP$ और $NADPH$ प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं के प्राथमिक उत्पाद हैं। इनका उपयोग जैव-संश्लेषण चरण (जिसे डार्क रिएक्शन या केल्विन चक्र भी कहा जाता है) में $CO_{2}$ और $H_{2}O$ से शर्करा के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
$1$. जैव-संश्लेषण चरण: इस चरण को सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है,लेकिन यह प्रकाश अभिक्रिया के दौरान उत्पादित $ATP$ और $NADPH$ पर निर्भर करता है। ये अणु $CO_{2}$ को कार्बोहाइड्रेट में बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा और अपचयन शक्ति प्रदान करते हैं।
$2$. केल्विन चक्र ($C_{3}$ पथ): इस पथ में,$CO_{2}$ को $3$-कार्बन यौगिक $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$ में स्थिर किया जाता है। $PGA$ को ट्रायोज फॉस्फेट में अपचयित करने के लिए $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग किया जाता है,जो अंततः ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाते हैं।
$3$. $C_{4}$ पथ: $C_{4}$ पथ का पालन करने वाले पौधों में,$CO_{2}$ को शुरू में $4$-कार्बन एसिड ऑक्सालोएसेटिक एसिड $(OAA)$ में स्थिर किया जाता है। केल्विन चक्र की आवश्यकताओं के अलावा,इन पौधों में $CO_{2}$ स्वीकर्ता अणु $(PEP)$ को पुनर्जीवित करने के लिए विशेष रूप से $ATP$ की आवश्यकता होती है।

(N/A) प्रकाश अभिक्रिया के उत्पाद $ATP$,$NADPH$ और $O_{2}$ हैं। इनमें से $O_{2}$ क्लोरोप्लास्ट से बाहर निकल जाता है,जबकि $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग भोजन के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
यह प्रकाश संश्लेषण का जैव-संश्लेषणात्मक चरण है। यह प्रक्रिया सीधे प्रकाश की उपस्थिति पर निर्भर नहीं करती है,लेकिन यह प्रकाश अभिक्रिया के उत्पादों,यानी $ATP$ और $NADPH$ के साथ-साथ $CO_{2}$ और $H_{2}O$ पर निर्भर करती है।
परीक्षण: प्रकाश उपलब्ध न होने के तुरंत बाद,जैव-संश्लेषणात्मक प्रक्रिया कुछ समय तक जारी रहती है और फिर रुक जाती है। यदि प्रकाश फिर से उपलब्ध कराया जाता है,तो संश्लेषण फिर से शुरू हो जाता है। इसलिए यह कहा जा सकता है कि जैव-संश्लेषणात्मक चरण प्रकाश अभिक्रिया के उत्पाद पर निर्भर है,इसलिए इसे अंधकार अभिक्रिया भी कहा जाता है।
$C_{3}$ अभिक्रिया का अनुसंधान: $CO_{2}$ को $H_{2}O$ के साथ मिलाकर $(CH_{2}O)n$ या शर्करा का उत्पादन किया जाता है,जिसके लिए $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग किया जाता है।
वैज्ञानिकों के लिए यह जानना दिलचस्प था कि यह अभिक्रिया कैसे आगे बढ़ती है और जब $CO_{2}$ का स्थिरीकरण होता है तो पहला उत्पाद क्या बनता है।
द्वितीय विश्व युद्ध के बाद,रेडियोआइसोटोप का उपयोग अनुसंधान में लाभकारी रूप से किया गया था।
खोजकर्ता: मेल्विन केल्विन द्वारा शैवाल प्रकाश संश्लेषण अध्ययन में रेडियोधर्मी $^{14}C$ के उपयोग से यह पता चला कि पहला $CO_{2}$ स्थिरीकरण उत्पाद $3$ कार्बन वाला कार्बनिक अम्ल था। उन्होंने पूर्ण जैव-संश्लेषणात्मक मार्ग को निर्धारित करने में भी योगदान दिया,इसलिए इसे केल्विन चक्र कहा जाता है।
पहला पहचाना गया उत्पाद $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड या संक्षेप में $PGA$ था।
वैज्ञानिकों ने पौधों की एक विस्तृत श्रृंखला पर प्रयोग किए,जिससे पौधों के एक अन्य समूह की खोज हुई जहाँ पहला स्थिर उत्पाद $4$ कार्बन परमाणुओं वाला एक कार्बनिक अम्ल था। इस अम्ल की पहचान ऑक्सालोएसेटिक एसिड या $OAA$ के रूप में की गई थी।
तब से प्रकाश संश्लेषण के दौरान $CO_{2}$ के स्वांगीकरण को दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है:
$(1)$ वे पौधे जिनमें $CO_{2}$ स्थिरीकरण का पहला उत्पाद $C_{3}$ अम्ल है,यानी $C_{3}$ पथ।
$(2)$ वे पौधे जिनमें पहला उत्पाद $C_{4}$ अम्ल $(OAA)$ है,यानी $C_{4}$ पथ।

(N/A) $C_3$ पौधों में $CO_2$ का प्राथमिक ग्राही $5$-कार्बन वाली कीटोज़ शर्करा है जिसे रिबुलोज़ $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ के रूप में जाना जाता है।
प्रारंभ में,वैज्ञानिकों ने यह अनुमान लगाया था कि चूंकि केल्विन चक्र का पहला स्थिर उत्पाद $3$-कार्बन वाला यौगिक ($3$-phosphoglycerate) है,इसलिए प्राथमिक ग्राही $2$-कार्बन वाला यौगिक होना चाहिए।
हालाँकि,व्यापक शोध के बाद यह पता चला कि वास्तविक ग्राही $5$-कार्बन वाला $RuBP$ अणु है,जो $CO_2$ के साथ प्रतिक्रिया करके $3$-phosphoglycerate के दो अणु बनाता है।

(N/A) मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों ने पूरे पथ की खोज की और दिखाया कि यह पथ चक्रीय रूप से संचालित होता है,जहाँ $RuBP$ पुनर्जीवित (regenerated) होता है।
केल्विन पथ सभी प्रकाश संश्लेषक पौधों में होता है,चाहे उनमें $C_3$ या $C_4$ (या कोई अन्य) पथ हो।
केल्विन चक्र को तीन चरणों में वर्णित किया जा सकता है: $(1)$ कार्बोक्सिलेशन,$(2)$ अपचयन (Reduction),और $(3)$ पुनरुद्भवन (Regeneration)।
$(1)$ कार्बोक्सिलेशन: कार्बोक्सिलेशन $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में स्थिरीकरण है। यह केल्विन चक्र का सबसे महत्वपूर्ण चरण है जहाँ $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन के लिए $CO_2$ का उपयोग किया जाता है। यह अभिक्रिया $RuBP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसके परिणामस्वरूप $3-PGA$ के दो अणु बनते हैं। चूँकि इस एंजाइम में ऑक्सीजनेशन गतिविधि भी होती है,इसलिए इसे $RuBP$ कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज या $RuBisCO$ कहना अधिक सही है।
$(2)$ अपचयन: ये अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जो ग्लूकोज के निर्माण की ओर ले जाती है। इन चरणों में प्रति $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए फॉस्फोराइलेशन हेतु $ATP$ के $2$ अणुओं और अपचयन के लिए $NADPH$ के $2$ अणुओं का उपयोग शामिल है।
$3-PGA + 2 ATP + 2 NADPH \rightarrow 2$ ट्रायोज फॉस्फेट $(PGAL)$
पथ से ग्लूकोज का एक अणु निकालने के लिए $CO_2$ के छह अणुओं का स्थिरीकरण और चक्र के $6$ चक्कर आवश्यक हैं।
$(3)$ पुनरुद्भवन: यदि चक्र को निर्बाध रूप से जारी रखना है तो $CO_2$ स्वीकर्ता अणु $RuBP$ का पुनरुद्भवन महत्वपूर्ण है। पुनरुद्भवन चरणों में $RuBP$ बनाने के लिए फॉस्फोराइलेशन हेतु एक $ATP$ की आवश्यकता होती है।
$PGAL \xrightarrow{ATP} RuBP$
अतः,केल्विन चक्र में प्रवेश करने वाले प्रत्येक $CO_2$ अणु के लिए,$ATP$ के $3$ अणु और $NADPH$ के $2$ अणुओं की आवश्यकता होती है। संभवतः डार्क रिएक्शन में उपयोग किए जाने वाले $ATP$ और $NADPH$ की संख्या में इस अंतर को पूरा करने के लिए चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन होता है। ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए चक्र के $6$ चक्कर आवश्यक हैं।

(A) $C_3$ चक्र,जिसे केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,की खोज मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों ने यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया,बर्कले में की थी।
उन्होंने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन के मार्ग का पता लगाने के लिए शैवाल प्रकाश संश्लेषण अनुसंधान में रेडियोधर्मी समस्थानिक $^{14}C$ का उपयोग किया था।
इस अग्रणी कार्य के लिए,मेल्विन केल्विन को $1961$ में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

(N/A) अमेरिकी जैव रसायनज्ञ मेल्विन केल्विन ने रेडियोधर्मी समस्थानिक $C^{14}$ का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण में कार्बन के मार्ग पर अग्रणी शोध किया था।
$1$. उन्होंने अपने प्रयोगों के लिए एककोशिकीय हरे शैवाल $Chlorella$ और $Scenedesmus$ का उपयोग किया।
$2$. कार्बन की गति का पता लगाने के लिए उन्होंने पेपर क्रोमैटोग्राफी और ऑटोरेडियोग्राफी तकनीक का उपयोग किया।
$3$. उन्होंने खोज की कि अंधकार अभिक्रिया में $CO_2$ के स्थिरीकरण के बाद बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद $3$-कार्बन वाला यौगिक है,जिसे $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3$-$PGA$) कहा जाता है।
$4$. इस खोज के कारण $C_3$ चक्र की पहचान हुई,जिसे अब केल्विन चक्र के रूप में जाना जाता है।
$5$. प्रकाश संश्लेषण की क्रियाविधि को समझने में उनके महत्वपूर्ण योगदान के लिए,उन्हें $1961$ में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

(A) $RuBisCO$ का पूरा नाम Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase है।
यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
यह प्रकाश संश्लेषण के दौरान केल्विन चक्र में Ribulose$-1,5-$bisphosphate के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

(A) कार्बोक्सिलेशन प्रकाश संश्लेषण के केल्विन चक्र (अंधकार प्रतिक्रिया) का सबसे महत्वपूर्ण चरण है।
इस प्रक्रिया के दौरान,$CO_2$ का उपयोग $RuBP$ (राइबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट) के कार्बोक्सिलेशन के लिए किया जाता है।
यह प्रतिक्रिया $RuBisCO$ (राइबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसके परिणामस्वरूप $3-PGA$ ($3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड) के दो अणु बनते हैं।
यह वह प्राथमिक चरण है जिसमें वायुमंडलीय कार्बन को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर किया जाता है।

(A) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,अपचयन (Reduction),और पुनरुद्भवन (Regeneration)।
$1$. कार्बोक्सिलेशन: $CO_2$ को $RuBP$ के साथ स्थिर करके $3-PGA$ बनाया जाता है।
$2$. अपचयन: इस चरण में $3-PGA$ के प्रति अणु के अपचयन के लिए $2$ अणु $ATP$ (फॉस्फोराइलेशन के लिए) और $2$ अणु $NADPH$ का उपयोग होता है। यह प्रक्रिया $3-phosphoglycerate$ $(3-PGA)$ को $glyceraldehyde-3-phosphate$ ($G3P$ या $triose$ $phosphate$) में परिवर्तित करती है।
$3$. पुनरुद्भवन: चक्र को जारी रखने के लिए $RuBP$ का पुनरुद्भवन होता है।
अतः,अपचयन चरण में $3-PGA$ का $G3P$ में रूपांतरण होता है।

(C) केल्विन चक्र में,$CO_2$ के निरंतर स्थिरीकरण को सुनिश्चित करने के लिए पुनरुद्धार (Regeneration) चरण आवश्यक है।
इस चरण के दौरान,$3$-कार्बन शर्करा अणुओं (G3P) को वापस रिबुलोज-$1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ में परिवर्तित किया जाता है,जो $CO_2$ का प्राथमिक स्वीकर्ता है।
यदि $RuBP$ का पुनरुद्धार नहीं होता है,तो चक्र रुक जाएगा क्योंकि आने वाले $CO_2$ अणुओं को स्वीकार करने के लिए कोई अणु उपलब्ध नहीं होगा,जिससे प्रकाश संश्लेषण की पूरी प्रक्रिया रुक जाएगी।

(N/A) $RuBisCO$ दुनिया में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
- विशेषता: यह इस तथ्य से पहचाना जाता है कि इसका सक्रिय स्थल $CO_{2}$ और $O_{2}$ दोनों के साथ जुड़ सकता है - इसीलिए इसका नाम (Ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase) पड़ा है।
- विशिष्टता: $RuBisCO$ की $O_{2}$ की तुलना में $CO_{2}$ के लिए बहुत अधिक आत्मीयता (affinity) होती है।
- कार्यप्रणाली: $O_{2}$ और $CO_{2}$ की सापेक्ष सांद्रता यह निर्धारित करती है कि दोनों में से कौन सा एंजाइम के साथ जुड़ेगा।
- प्रभाव: $C_{3}$ पौधों में,कुछ $O_{2}$ $CO_{2}$ के स्थान पर $RuBisCO$ के साथ जुड़ जाता है,जिससे प्रकाश-श्वसन (photorespiration) होता है,जो $CO_{2}$ स्थिरीकरण की दक्षता को कम कर देता है।

(N/A) $(1)$ $RuBisCO$: रिबुलोज़-$1,5$-बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज।
$(2)$ $KOH$: पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड।