C3 and Dark reaction Questions in Hindi

(N/A) $(1)$ $RuBP$ का अर्थ Ribulose $1,5$-bisphosphate है।
$(2)$ $PGAL$ का अर्थ Phosphoglyceraldehyde (जिसे Glyceraldehyde $3$-phosphate के रूप में भी जाना जाता है) है।

(N/A) 'अंधकार अभिक्रिया' एक भ्रामक नाम है क्योंकि इसे आगे बढ़ने के लिए सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है।
इन अभिक्रियाओं में केल्विन चक्र के माध्यम से ग्लूकोज बनाने के लिए $CO_{2}$ का स्थिरीकरण होता है।
हालाँकि,अंधकार अभिक्रिया अप्रत्यक्ष रूप से प्रकाश अभिक्रिया पर निर्भर है क्योंकि इसे $CO_{2}$ को कार्बोहाइड्रेट में अपचयित (reduce) करने के लिए प्रकाश अभिक्रिया के उत्पादों,विशेष रूप से $ATP$ और $NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(N/A) मेल्विन केल्विन ने शर्करा संश्लेषण के जैव-संश्लेषण पथ का अध्ययन करने के लिए हरे शैवाल $Chlorella$ का उपयोग किया।
- उन्होंने प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन के पथ का पता लगाने के लिए $C^{14}$ रेडियोधर्मी समस्थानिक लेबलिंग का उपयोग किया।
- उन्होंने मध्यवर्ती यौगिकों की पहचान करने के लिए पेपर क्रोमैटोग्राफी और ऑटोरेडियोग्राफी तकनीक का उपयोग किया।
- उन्होंने पाया कि प्रकाश संश्लेषण की अप्रकाशिक अभिक्रिया (dark reaction) के दौरान बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद $3$-कार्बन वाला यौगिक है जिसे $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ कहा जाता है।
- क्रोमैटोग्राम का आगे विश्लेषण करके,उन्होंने पूरे चक्र को मैप किया,जिसे अब केल्विन चक्र के रूप में जाना जाता है,जो हेक्सोज,टेट्रोज़ और पेंटोज़ जैसी विभिन्न शर्कराओं के निर्माण की ओर ले जाता है।

(N/A) केल्विन चक्र $C_3$ पौधों में कार्बन स्थिरीकरण का प्राथमिक मार्ग है,जो तीन मुख्य चरणों में होता है: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्भवन (Regeneration)।
$1$. कार्बोक्सिलेशन: यह $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में स्थिरीकरण है। $CO_2$ का उपयोग $RuBisCO$ एंजाइम द्वारा $RuBP$ (राइबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट) के कार्बोक्सिलेशन के लिए किया जाता है,जिसके परिणामस्वरूप $3-PGA$ ($3$-फॉस्फोग्लिसरेट) के दो अणु बनते हैं।
$2$. रिडक्शन: इस चरण में प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल है जो ग्लूकोज के निर्माण की ओर ले जाती है। स्थिर किए गए प्रत्येक $CO_2$ अणु के लिए,फॉस्फोराइलेशन के लिए $2$ $ATP$ और रिडक्शन के लिए $2$ $NADPH$ अणुओं का उपयोग किया जाता है। यह $2$ $PGA$ अणुओं को $2$ ट्रायोज फॉस्फेट $(PGAL)$ अणुओं में परिवर्तित करता है।
$3$. पुनरुद्भवन: चक्र को चालू रखने के लिए,$CO_2$ स्वीकर्ता अणु $RuBP$ का पुनरुद्भवन आवश्यक है। इस चरण के लिए प्रति $CO_2$ स्थिरीकरण $1$ $ATP$ अणु की आवश्यकता होती है।
ग्लूकोज के एक अणु के लिए गणना:
- केल्विन चक्र का प्रत्येक टर्न एक $CO_2$ अणु को स्थिर करता है।
- ग्लूकोज एक $6$-कार्बन शर्करा $(C_6H_{12}O_6)$ है।
- इसलिए,ग्लूकोज का एक अणु संश्लेषित करने के लिए,$6$ $CO_2$ अणुओं को स्थिर करना आवश्यक है।
- चूंकि चक्र का एक टर्न एक $CO_2$ को स्थिर करता है,इसलिए ग्लूकोज का एक अणु उत्पन्न करने के लिए केल्विन चक्र के $6$ टर्न आवश्यक हैं।

(N/A) $(1)$ $Pi$ का अर्थ अकार्बनिक फॉस्फेट (Inorganic Phosphate) है।
$(2)$ $PGAL$ का अर्थ फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड (Phosphoglyceraldehyde) है (जिसे ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट के रूप में भी जाना जाता है)।

(B) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं और प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं (केल्विन चक्र) में विभाजित है।
$1$. प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाएं हरितलवक की थाइलाकोइड झिल्ली में होती हैं।
$2$. $CO_2$ का स्थिरीकरण प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं (केल्विन चक्र) के दौरान होता है,जो हरितलवक के स्ट्रोमा में होती हैं।

(A) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को दो मुख्य चरणों में विभाजित किया गया है: प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ और प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएँ (केल्विन चक्र)।
$1$. प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ क्लोरोप्लास्ट की थाइलाकोइड झिल्ली में होती हैं।
$2$. शर्करा के अणुओं (ग्लूकोज) का संश्लेषण केल्विन चक्र के दौरान होता है,जो एक प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया है।
$3$. केल्विन चक्र क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है,जहाँ कार्बन स्थिरीकरण के लिए आवश्यक एंजाइम मौजूद होते हैं।

(A) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को दो मुख्य चरणों में विभाजित किया गया है: प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ और प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएँ (केल्विन चक्र)।
$1$. प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ हरितलवक (क्लोरोप्लास्ट) की थाइलाकोइड झिल्ली में होती हैं,जहाँ $ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन होता है।
$2$. प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाएँ (केल्विन चक्र) हरितलवक के स्ट्रोमा में होती हैं,जहाँ शर्करा के निर्माण के लिए $CO_2$ का स्थिरीकरण होता है।
$3$. केल्विन चक्र के दौरान उत्पन्न ग्लूकोज से स्टार्च का संश्लेषण भी हरितलवक के स्ट्रोमा में ही होता है,जहाँ स्टार्च के जैव-संश्लेषण के लिए आवश्यक एंजाइम मौजूद होते हैं।

(C) $RuBisCo$ को $RuBP$ कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज कहा जाता है क्योंकि यह दोहरी उत्प्रेरक गतिविधि प्रदर्शित करता है,जिसका अर्थ है कि यह $CO_2$ और $O_2$ दोनों के साथ जुड़ सकता है। इसका कार्य इन दोनों गैसों की सापेक्ष सांद्रता पर निर्भर करता है:
$(i)$ जब $O_2$ की तुलना में $CO_2$ की सांद्रता अधिक होती है,तो एंजाइम कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करता है,जो $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) शुरू करने के लिए $RuBP$ के साथ $CO_2$ के स्थिरीकरण को सुगम बनाता है,जिससे ग्लूकोज का उत्पादन होता है।
$(ii)$ जब $CO_2$ की तुलना में $O_2$ की सांद्रता अधिक होती है,तो एंजाइम ऑक्सीजनेज के रूप में कार्य करता है,जो $RuBP$ को $O_2$ के साथ जोड़कर फॉस्फोग्लाइकोलेट बनाता है,जिससे प्रकाश श्वसन ($C_2$ चक्र) शुरू होता है। यह एक ऊर्जा-खपत वाली प्रक्रिया है।
$(iii)$ $C_4$ पौधों में,यह एंजाइम ऑक्सीजनेज गतिविधि से सुरक्षित रहता है क्योंकि उनके पास $RuBisCo$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ की सांद्रता बढ़ाने की एक प्रणाली होती है,जो यह सुनिश्चित करती है कि यह मुख्य रूप से कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करे।

(N/A) $RuBisCo$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) दुनिया में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है क्योंकि यह सभी प्रकाश संश्लेषक पौधों में केल्विन चक्र के दौरान कार्बन स्थिरीकरण (carbon fixation) के प्राथमिक चरण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
यह अनुमान लगाया गया है कि पौधों की पत्तियों में कुल घुलनशील प्रोटीन (soluble protein) का लगभग $20-25\%$ हिस्सा $RuBisCo$ होता है।
चूंकि प्रकाश संश्लेषण लगभग सभी पारिस्थितिक तंत्रों में बायोमास उत्पादन के लिए मूलभूत प्रक्रिया है और $RuBisCo$ इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक है,इसलिए यह पूरी दुनिया में भारी मात्रा में मौजूद है।
यह अक्सर कहा जाता है कि पृथ्वी पर उत्पादित प्रत्येक $1000 \text{ kg}$ प्रोटीन में से एक महत्वपूर्ण हिस्सा इसी एंजाइम का होता है।

$(a)$ केल्विन चक्र में $CO_{2}$ के एक अणु को स्थिर करने के लिए $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की आवश्यकता होती है।
$(b)$ यह प्रक्रिया, जिसे केल्विन चक्र या अप्रकाशीय अभिक्रिया (डार्क रिएक्शन) कहा जाता है, क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है।

(A) केल्विन चक्र ($C_{3}$ चक्र) कार्बन स्थिरीकरण के लिए प्राथमिक मार्ग है।
$C_{3}$ पादपों में,केल्विन चक्र की पूरी प्रक्रिया पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं के भीतर होती है,जिनमें क्लोरोप्लास्ट होते हैं।
$C_{4}$ पादपों में,यह प्रक्रिया विभाजित होती है: प्रारंभिक कार्बन स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है,लेकिन केल्विन चक्र ($C_{3}$ चक्र) विशेष रूप से पूलाच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं में होता है ताकि RuBisCO एंजाइम के चारों ओर $CO_{2}$ की उच्च सांद्रता बनी रहे।

(A) केल्विन चक्र में,प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन चरण में $RuBisCO$ एंजाइम शामिल होता है,जो $RuBP$ ($5$-कार्बन शर्करा) के एक अणु और $CO_2$ के एक अणु के बीच अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।
यह अभिक्रिया एक अस्थिर $6$-कार्बन मध्यवर्ती बनाती है,जो तुरंत जल-अपघटन (hydrolysis) के माध्यम से $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($PGA$,एक $3$-कार्बन यौगिक) के $2$ अणु उत्पन्न करती है।
अतः,$RuBP$ के एक अणु के कार्बोक्सिलेशन से $PGA$ के $2$ अणु बनते हैं।

(C) $C_{3}$ पौधों में अप्रकाशिक अभिक्रिया का पहला चरण रुबिस्को (Rubisco) एंजाइम की उपस्थिति में वायुमंडलीय $CO_{2}$ द्वारा राइबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट का कार्बोक्सिलेशन है, जिससे $PGA$ बनता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $\text{Ribulose } 1,5\text{-bisphosphate} + CO_{2} + H_{2}O \xrightarrow{\text{Rubisco}} 2 \times 3\text{-PGA}$.
अतः, $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$ केल्विन चक्र में बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद है।

(B) केल्विन चक्र में,कार्बन स्थिरीकरण के प्राथमिक चरण में $RuBP$ (राइबुलोज$-1,5-$बाइफॉस्फेट) का कार्बोक्सिलेशन शामिल होता है।
यह अभिक्रिया राइबुलोज बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसे सामान्यतः $RUBISCO$ के रूप में जाना जाता है।
$RUBISCO$ दुनिया में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है और यह वायुमंडलीय $CO_2$ को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करने के लिए जिम्मेदार है।

(D) $C^{14}$ कार्बन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है। इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान कार्बन स्थिरीकरण के मार्ग का पता लगाने के लिए किया जाता है।
जब $^{14}CO_{2}$ को पादप द्वारा ग्रहण किया जाता है,तो यह $RuBisCO$ एंजाइम की उपस्थिति में $RuBP$ (राइबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट) के साथ प्रतिक्रिया करता है।
इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ के दो अणु बनते हैं,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है।
चूंकि $3-PGA$ केल्विन चक्र के दौरान बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद है,इसलिए रेडियोधर्मी $C^{14}$ सबसे पहले $PGA$ में देखा जाता है।

(A) $RUBISCO$ का पूर्ण रूप Ribulose bisphosphate carboxylase oxygenase है।
यह एक एंजाइम है जो केल्विन चक्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
$C_{3}$ पौधों में Ribulose $1,5$-bisphosphate $(RuBP)$ प्राथमिक कार्बन डाइऑक्साइड स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है,और $RUBISCO$ $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन की प्रक्रिया को उत्प्रेरित करता है।

(B) केल्विन चक्र $C_{3}$ पौधों के क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है और इसमें तीन मुख्य चरण होते हैं: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्भवन (Regeneration)।
कार्बोक्सिलेशन में $RUBISCO$ एंजाइम की उपस्थिति में रिबुलोज $1,5-$बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ में कार्बन डाइऑक्साइड का योग होता है,जिससे $3$-$PGA$ ($3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड) का निर्माण होता है।
चूंकि यह प्रक्रिया प्रति चक्र एक $CO_{2}$ अणु को स्थिर करने के लिए एक बार होती है,इसलिए केल्विन चक्र में केवल एक ही कार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया होती है।

(B) वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड का सरल,अपचयित (reduced) कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तन कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण,कार्बन डाइऑक्साइड स्वांगीकरण या कार्बन स्थिरीकरण कहलाता है।
यह चयापचय पथ,जो हरितलवक (chloroplast) के स्ट्रोमा में होता है,मेल्विन केल्विन द्वारा स्पष्ट किया गया था और इसलिए इसे केल्विन चक्र कहा जाता है।
इस चक्र में,RuBisCO एंजाइम की सहायता से $CO_2$ को $3$-कार्बन वाली शर्करा $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) में स्थिर किया जाता है।

(D) $RuBisCo$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
यह प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाओं के दौरान केल्विन चक्र में शामिल एक प्रमुख एंजाइम है।
चूंकि केल्विन चक्र हरितलवक (Chloroplast) के स्ट्रोमा में होता है,इसलिए $RuBisCo$ हरितलवक के भीतर स्थित होता है।

(A) स्ट्रोमा में,एंजाइमी अभिक्रियाएं $CO_2$ को पादप में शामिल करती हैं,जिससे शर्करा का संश्लेषण होता है,जो अंततः स्टार्च बनाता है। स्ट्रोमा अप्रकाशीय अभिक्रिया (केल्विन चक्र) का स्थान है जहाँ कार्बन स्थिरीकरण होता है।

(B) Crassulaceae कुल के सदस्य $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) प्रकाश संश्लेषण करते हैं। यह चयापचय मार्ग शुष्क वातावरण के लिए एक अनुकूलन है,जो पौधों को रात में $CO_{2}$ को स्थिर करने की अनुमति देता है ताकि वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से पानी की हानि को कम किया जा सके।

(B) केल्विन चक्र तीन चरणों में आगे बढ़ता है: $(1)$ कार्बोक्सिलेशन,जिसके दौरान $CO_2$ राइबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट के साथ जुड़ता है। $(2)$ अपचयन (Reduction),जिसके दौरान प्रकाश-रासायनिक रूप से निर्मित $ATP$ और $NADPH$ के उपयोग से कार्बोहाइड्रेट बनते हैं। $(3)$ पुनरुद्भवन (Regeneration),जिसके दौरान $CO_2$ ग्राही,राइबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट,फिर से बनता है ताकि चक्र जारी रहे।
केल्विन चक्र में स्थिर किए गए प्रत्येक $CO_2$ अणु के लिए,$CO_2$ ग्राही अणु $RuBP$ के पुनरुद्भवन हेतु राइबुलोज $5$-फॉस्फेट के फॉस्फोराइलेशन द्वारा $RuBP$ बनाने के लिए $1$ अणु $ATP$ की आवश्यकता होती है।

(B) केल्विन चक्र तीन अलग-अलग चरणों से बना है:
$(i)$ कार्बोक्सिलेशन: यह $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती,$3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3$-$PGA$) में स्थिरीकरण है,जो RuBisCO एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है।
$(ii)$ रिडक्शन (अपचयन): इस चरण में प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल है जो ग्लूकोज के निर्माण की ओर ले जाती है। यह प्रकाश अभिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करता है।
$(iii)$ रिजनरेशन (पुनरुद्धभवन): यह चरण चक्र के निरंतर संचालन के लिए महत्वपूर्ण है,जहाँ $CO_2$ स्वीकर्ता अणु,रिबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$,पुनर्जीवित होता है,जिसके लिए फॉस्फोराइलेशन हेतु $ATP$ की आवश्यकता होती है।
अतः,तीन चरण कार्बोक्सिलेशन $(I)$,रिडक्शन $(III)$,और रिजनरेशन $(IV)$ हैं।

(D) प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अभिक्रिया के दौरान,$ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला $(ETC)$ के माध्यम से होता है।
ये अणु प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषण चरण (केल्विन चक्र) के लिए आवश्यक हैं।
केल्विन चक्र में,$ATP$ ऊर्जा प्रदान करता है और $NADPH$ कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ के अपचयन (रिडक्शन) के लिए अपचायक शक्ति (रिड्यूसिंग पावर) प्रदान करता है,जिससे कार्बोहाइड्रेट (शर्करा) का निर्माण होता है।
अतः,शर्करा का संश्लेषण और कार्बन डाइऑक्साइड का अपचयन,दोनों प्रक्रियाओं के लिए इन अणुओं का उपयोग किया जाता है।

(D) $RuBP$ कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज $(RUBISCO)$ क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में उपस्थित एक एंजाइम है।
यह एंजाइम $C_{3}$-पादपों में प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन के लिए उत्तरदायी होता है।
एक $5C$ शर्करा,$RuBP$,इस एंजाइम की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड ग्राही के रूप में कार्य करती है और एक $6C$ अस्थाई यौगिक का निर्माण करती है।
यह अस्थाई यौगिक बाद में $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3C$ यौगिक) के दो अणुओं में टूट जाता है,जो $C_{3}$-चक्र का पहला स्थाई उत्पाद है।

(B) अंधकार अभिक्रिया के दौरान,$CO_{2}$ का प्राथमिक ग्राही $RuBP$ (राइबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट) होता है।
कार्बोक्सिलेशन के दौरान,$RuBP$,$CO_{2}$ के साथ मिलकर एक अस्थाई $6$-कार्बन वाला मध्यवर्ती यौगिक बनाता है।
यह मध्यवर्ती यौगिक तुरंत टूटकर $3$-कार्बन वाले दो स्थाई यौगिक बनाता है,जिसे $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ कहा जाता है।

(A) केल्विन चक्र में,कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_{2})$ के प्रत्येक अणु के स्थिरीकरण के लिए $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की आवश्यकता होती है।
चूंकि ग्लूकोज $(C_{6}H_{12}O_{6})$ के एक अणु में $6$ कार्बन परमाणु होते हैं,इसलिए ग्लूकोज के एक अणु को संश्लेषित करने के लिए चक्र को $6$ बार घूमना पड़ता है।
अतः,कुल आवश्यकता है: $6 \times 3 ATP = 18 ATP$ और $6 \times 2 NADPH = 12 NADPH$।
इस प्रकार,ग्लूकोज के एक अणु के संश्लेषण के लिए $6 CO_{2}, 18 ATP$ और $12 NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(C) ग्लूकोज एक हेक्सोज शर्करा है,जिसमें प्रति अणु $6$ कार्बन परमाणु होते हैं।
केल्विन चक्र में,प्रत्येक चक्र $1$ अणु $CO_2$ को स्थिर करता है।
$1$ अणु ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ उत्पन्न करने के लिए केल्विन चक्र के $6$ चक्रों की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$5$ अणु ग्लूकोज उत्पन्न करने के लिए आवश्यक चक्रों की संख्या $5 \times 6 = 30$ चक्र है।

(A) केल्विन चक्र में प्रवेश करने वाले प्रत्येक $CO_{2}$ अणु के लिए,अपचयन (reduction) और पुनरुद्भवन (regeneration) चरणों के लिए $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की आवश्यकता होती है।
विशेष रूप से,अपचयन चरण के दौरान $2$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ का उपयोग किया जाता है,और $RuBP$ के पुनरुद्भवन चरण के दौरान $1$ अणु $ATP$ का उपयोग किया जाता है।
अंधकार अभिक्रिया (dark reaction) में उपयोग किए जाने वाले $ATP$ और $NADPH$ की संख्या में अंतर को चक्रीय प्रकाश-फॉस्फोरिलीकरण (cyclic photophosphorylation) द्वारा संतुलित किया जाता है।

(D) केल्विन चक्र प्रकाश संश्लेषक जीवों के क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होने वाली जैव-रासायनिक रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है।
इसे केल्विन-बेन्सन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,जिसका नाम मेल्विन केल्विन और एंड्रयू बेन्सन के नाम पर रखा गया है।
चूंकि इसमें बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद $3$-कार्बन वाला यौगिक ($3$-फॉस्फोग्लिसरेट) है,इसलिए इसे $C_{3}$-चक्र कहा जाता है।
इसके अतिरिक्त,इसे रिडक्टिव पेंटोज़ फॉस्फेट पथ भी कहा जाता है क्योंकि इसमें प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड का अपचयन (रिडक्शन) होता है।

(A) उच्च पादपों में,जैव-संश्लेषी पथ या प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रियाओं (अंधकार अभिक्रियाओं) के लिए आवश्यक एंजाइम क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में उपस्थित होते हैं।
प्रकाश-आश्रित अभिक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट के ग्राना में होती हैं।
क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा के भीतर पाए जाने वाले राइबोसोम $70 S$ प्रकार के होते हैं,जो प्रोटीन संश्लेषण के लिए आवश्यक हैं।
क्लोरोफिल एक हरा प्रकाश-संश्लेषी वर्णक है जो क्लोरोप्लास्ट की थाइलाकोइड झिल्ली पर पाया जाता है।

(C) केल्विन चक्र का पुनरुद्धार चरण विभिन्न शर्करा फॉस्फेटों को वापस रिबुलोज-$1,5$-बिसफॉस्फेट में बदलने की प्रक्रिया है।
$1$. सबसे पहले, $Triose \text{ } phosphate \text{ } isomerase$ $(IV)$ ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट को डाइहाइड्रॉक्सी एसीटोन फॉस्फेट में परिवर्तित करता है।
$2$. इसके बाद, $Transketolase$ $(III)$ इन अणुओं पर कार्य करके सेडोहेप्टुलोज-$7$-फॉस्फेट और अन्य मध्यवर्ती यौगिक बनाता है।
$3$. तत्पश्चात, $Ribulose-5-phosphate \text{ } isomerase$ $(I)$ राइबोज-$5$-फॉस्फेट को रिबुलोज-$5$-फॉस्फेट में परिवर्तित करता है।
$4$. अंत में, $Ribulose-5-phosphate \text{ } epimerase$ $(II)$ जाइलुलोज-$5$-फॉस्फेट को रिबुलोज-$5$-फॉस्फेट में परिवर्तित करता है।
अतः, सही क्रम $IV, III, I, II$ है।

(A) $C_3$ पादपों में,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही $5$-कार्बन वाली कीटोज़ शर्करा होती है जिसे राइबुलोज़ $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ कहा जाता है।
यह अभिक्रिया $RuBisCO$ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसके परिणामस्वरूप $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$ के दो अणुओं का निर्माण होता है।

(A) केल्विन चक्र ($C_3$ चक्र) में,RuBisCO एंजाइम $CO_2$ के साथ रिबुलोज$-1,5-$बाइफॉस्फेट $(RuBP)$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है,जिससे एक अस्थिर $6$-कार्बन मध्यवर्ती बनता है।
यह मध्यवर्ती तुरंत $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ के दो अणुओं में टूट जाता है।
चूंकि $3-PGA$ इस प्रक्रिया के दौरान बनने वाला पहला स्थिर यौगिक है,इसलिए इसे $C_3$ पादपों में $CO_2$ स्थिरीकरण का प्रथम स्थिर उत्पाद कहा जाता है।

(C) केल्विन चक्र में तीन मुख्य चरण होते हैं: $1$. कार्बोक्सिलेशन,$2$. अपचयन (Reduction),और $3$. $RuBP$ का पुनरुद्भवन।
फोटोफॉस्फोराइलेशन प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं (light reaction) के दौरान होने वाली एक प्रक्रिया है,जिसमें प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करके $ADP$ और अकार्बनिक फॉस्फेट से $ATP$ का संश्लेषण होता है। इसलिए,यह केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) का हिस्सा नहीं है।

(C) $C_3$ पौधों में,प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया,जिसमें वायुमंडलीय $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में स्थिरीकरण शामिल है,राइबुलोज-$1,5$-बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसे सामान्यतः $RuBP$ कार्बोक्सिलेज या $RuBisCO$ के रूप में जाना जाता है। यह एंजाइम $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) बनाने के लिए $RuBP$ में $CO_2$ के जुड़ने की प्रक्रिया को सुगम बनाता है।

(B) $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) में,पुनरुद्धभवन चरण में ट्रायोज़ फॉस्फेट का $RuBP$ में रूपांतरण शामिल है।
$RuBP$ के $1$ अणु के पुनरुद्धभवन के लिए $1$ $ATP$ अणु का उपयोग होता है।
अतः,$RuBP$ के $4$ अणुओं के पुनरुद्धभवन के लिए $4 \times 1 = 4$ $ATP$ अणुओं के व्यय की आवश्यकता होती है।

(A) $RuBP$ कार्बोक्सिलेज (जिसे $RuBisCO$ के रूप में भी जाना जाता है) केल्विन चक्र में शामिल प्राथमिक एंजाइम है। यह $C_3$ और $C_4$ दोनों पौधों के क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में मौजूद होता है। $C_3$ पौधों में,यह सीधे कार्बोक्सिलेशन करता है,जबकि $C_4$ पौधों में,यह केल्विन चक्र को पूरा करने के लिए बंडल शीथ कोशिकाओं में पाया जाता है। इसलिए,इसकी गतिविधि $C_3$ और $C_4$ दोनों पौधों में होती है।

(A) $C_3$ चक्र,जिसे केल्विन चक्र या रिडक्टिव पेंटोज़ फॉस्फेट चक्र के रूप में भी जाना जाता है,पौधों में कार्बन स्थिरीकरण का प्राथमिक मार्ग है।
इस प्रक्रिया के दौरान,$CO_2$ का अपचयन (रिडक्शन) होकर कार्बोहाइड्रेट (ग्लूकोज) का निर्माण होता है।
चूंकि इस चक्र में प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं में उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $CO_2$ का अपचयन किया जाता है,इसलिए यह मूल रूप से एक $CO_2$ रिडक्शन चक्र है।

(A) $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) में,$1$ अणु $CO_2$ के स्थिरीकरण और अपचयन के लिए $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH + H^+$ की आवश्यकता होती है।
विशेष रूप से,अपचयन चरण के दौरान $2$ $ATP$ का उपयोग होता है और $RuBP$ के पुनरुद्धार (regeneration) चरण के दौरान $1$ $ATP$ का उपयोग होता है।

(B) $C_3$ पादपों में,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही एक $5$-कार्बन वाला यौगिक है जिसे रिबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ कहा जाता है।
कार्बोक्सिलेशन चरण के लिए जिम्मेदार एंजाइम,जहाँ $CO_2$ को एक कार्बनिक अणु में स्थिर किया जाता है,वह रिबुलोज बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजिनेज $(RUBISCO)$ है।

(A) केल्विन चक्र को मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों द्वारा रेडियोधर्मी समस्थानिक तकनीक का उपयोग करके स्पष्ट किया गया था। उन्होंने शैवाल प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में (विशेष रूप से क्लोरेला और सीनेडेस्मस के साथ) $^{14}C$ (कार्बन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक) का उपयोग किया ताकि कार्बन स्थिरीकरण के मार्ग का पता लगाया जा सके,जिससे $C_3$ चक्र की खोज हुई।

(C) $C_3$-पादपों के केल्विन चक्र में,पहला स्थिर उत्पाद $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(3-PGA)$ होता है।
अपचयन (reduction) चरण के दौरान,$3-PGA$ का $ATP$ का उपयोग करके फॉस्फोराइलेशन किया जाता है जिससे $1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट बनता है,जिसे बाद में $3$-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड $(3-PGAL)$ में अपचयित किया जाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $2 \times 3-PGA + 2 ATP \longrightarrow 2 \times 1,3-bisphosphoglycerate + 2 ADP \longrightarrow 2 \times 3-PGAL + 2 Pi$.
अतः,पहला स्थिर उत्पाद फॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया से गुजरता है।

(D) प्रकाश संश्लेषण का जैव-संश्लेषण चरण (अंधकार अभिक्रिया) सीधे प्रकाश पर निर्भर नहीं करता है; बल्कि,यह प्रकाश अभिक्रिया के उत्पादों ($ATP$ और $NADPH$) पर निर्भर करता है।
केल्विन चक्र के दौरान $CO_2$ को कार्बोहाइड्रेट में बदलने के लिए $ATP$ और $NADPH$ दोनों अत्यंत आवश्यक हैं।
अतः,अभिकथन $(A)$ और कारण $(R)$ दोनों गलत हैं।

(B) प्रकाश संश्लेषण पथों का $C_{3}$ और $C_{4}$ में वर्गीकरण क्रमशः केल्विन चक्र और हैच-स्लैक पथ की कार्बन स्थिरीकरण प्रक्रिया के दौरान बनने वाले पहले स्थिर उत्पाद में मौजूद कार्बन परमाणुओं की संख्या पर आधारित है।

$C_{3}$ पथ	$C_{4}$ पथ
बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद $3$-कार्बन वाला यौगिक है जिसे $3-PGA$ ($3-\text{फॉस्फोग्लिसरिक}$ एसिड) कहा जाता है।	पर्ण के मध्योतक कोशिकाओं में बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद $4$-कार्बन वाला यौगिक है जिसे $OAA$ ($\text{ऑक्सालोएसेटिक}$ एसिड) कहा जाता है।

(A) प्रकाश संश्लेषण की रासायनिक अभिक्रिया $6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{Light} C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$ है।
इस प्रक्रिया में,$CO_2$ में मौजूद कार्बन और ऑक्सीजन के परमाणु ग्लूकोज के अणु $(C_6H_{12}O_6)$ में शामिल हो जाते हैं।
उप-उत्पाद के रूप में मुक्त होने वाली ऑक्सीजन पानी के प्रकाश-अपघटन $(H_2O)$ से आती है।
इसलिए,ग्लूकोज की संरचना में पाए जाने वाले ऑक्सीजन परमाणु प्रकाश संश्लेषण के अंधकार चरण (केल्विन चक्र) के दौरान उपयोग किए गए कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ से प्राप्त होते हैं।

(B) दिया गया कोशिकांग हरितलवक (chloroplast) है।
आरेख में,$P$ थाइलाकोइड/ग्रेना को दर्शाता है,$Q$ स्ट्रोमा (आधारक) को दर्शाता है,$R$ बाहरी झिल्ली को दर्शाता है,और $S$ स्टार्च कण या लिपिड बूंद को दर्शाता है।
प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएं थाइलाकोइड $(P)$ में होती हैं,जबकि अप्रकाशीय अभिक्रिया (केल्विन चक्र) स्ट्रोमा $(Q)$ में होती है।
अतः,सही उत्तर $Q$ है।

(C) अंधकार अभिक्रिया,जिसे $C_3$ चक्र या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,एक प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया है।
इसे सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है,लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि यह केवल अंधेरे में ही होती है।
यह $CO_2$ को ग्लूकोज में बदलने के लिए प्रकाश अभिक्रिया के उत्पादों,विशेष रूप से $ATP$ और $NADPH$ पर निर्भर करती है।
इसलिए,यह कथन कि यह अंधेरे में होती है,गलत है,क्योंकि यह आमतौर पर दिन के दौरान होती है जब प्रकाश अभिक्रिया आवश्यक ऊर्जा वाहक प्रदान करती है।

(B) $NADPH+H^{+}$ और $ATP$ प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं के उत्पाद हैं। ये अणु प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषी चरण (अंधकार अभिक्रिया या केल्विन चक्र) के लिए आवश्यक हैं,जहाँ इनका उपयोग $CO_2$ को शर्करा (ग्लूकोज) में अपचयित (reduce) करने के लिए किया जाता है।