C3 and Dark reaction Questions in Hindi

(B) प्रकाश संश्लेषण का जैव-संश्लेषण चरण,जिसे डार्क रिएक्शन या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,में $CO_2$ का शर्करा में स्थिरीकरण शामिल है।
इस प्रक्रिया को मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों द्वारा शैवाल प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में रेडियोधर्मी $^{14}C$ का उपयोग करके स्पष्ट किया गया था।
इसलिए,प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषण चरण की खोज का श्रेय मेल्विन केल्विन को जाता है।

(D) $RuBP$ का अर्थ है रिबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट,जो एक $5$-कार्बन वाली कीटोज शर्करा (पेंटोज शर्करा) है।
$RuBisCO$ का अर्थ है रिबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज,जो केल्विन चक्र में प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन चरण के लिए जिम्मेदार एंजाइम है।
अतः,$RuBP$ एक पेंटोज शर्करा है और $RuBisCO$ एक एंजाइम है।

(A) $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) में,$RuBisCO$ (राइबुलोज़-$1,5$-बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम $RuBP$ (राइबुलोज़-$1,5$-बाइफॉस्फेट) के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है।
जब $RuBisCO$ कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करता है,तो यह $RuBP$ की $CO_2$ और $H_2O$ के साथ प्रतिक्रिया करके $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) के $2$ अणु उत्पन्न करता है।
यह $C_3$ पौधों में कार्बन स्थिरीकरण का प्राथमिक चरण है।

(B) $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) में,प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया में $RuBP$ द्वारा $CO_2$ का स्थिरीकरण होकर $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$ के दो अणु बनते हैं,जो प्रथम स्थायी उत्पाद है $(P = PGA)$।
$C_4$ चक्र (हैच-स्लैक पथ) में,प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है जहाँ $PEP$,$CO_2$ के साथ मिलकर ऑक्जेलोएसेटिक एसिड $(OAA)$ बनाता है,जो एक $4$-कार्बन यौगिक है और प्रथम स्थायी उत्पाद है $(Q = OAA)$।

(D) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन (अपचयन) और पुनरुद्धार (पुनर्जनन)।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के उत्पादन के लिए,चक्र को $6$ बार घूमना पड़ता है क्योंकि प्रत्येक चक्र में $CO_2$ का एक अणु स्थिर होता है।
रिडक्शन चरण में,प्रत्येक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए $2 \, ATP$ का उपयोग फॉस्फोराइलेशन के लिए और $2 \, NADPH$ का उपयोग रिडक्शन के लिए किया जाता है।
चूंकि ग्लूकोज के एक अणु के लिए $6$ चक्रों की आवश्यकता होती है,इसलिए रिडक्शन चरण के लिए कुल $6 \times 2 = 12 \, ATP$ और $6 \times 2 = 12 \, NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(D) केल्विन चक्र में,$1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट का $3$-फॉस्फोग्लिसरेट में रूपांतरण एक ऐसा चरण है जहाँ अणु से एक फॉस्फेट समूह को हटा दिया जाता है। यह प्रक्रिया फॉस्फोग्लिसरेट काइनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। चूंकि एक फॉस्फेट समूह को हटाया जाता है,इसलिए इस अभिक्रिया को विफॉस्फोरिलीकरण (Dephosphorylation) कहा जाता है। इस चरण के परिणामस्वरूप $ADP$ से $ATP$ का निर्माण भी होता है।

(C) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है:
$1$. कार्बोक्सिलेशन: $CO_2$ का एक स्थिर कार्बनिक मध्यवर्ती में स्थिरीकरण,जहाँ $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन के लिए $CO_2$ का उपयोग किया जाता है।
$2$. अपचयन (Reduction): प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला जो ग्लूकोज के निर्माण की ओर ले जाती है,जिसमें $3-PGA$ के अपचयन के लिए $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग होता है।
$3$. पुनरुद्भवन (Regeneration): $CO_2$ स्वीकर्ता अणु $(RuBP)$ का पुनः निर्माण,जो चक्र को जारी रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
अतः,सही क्रम कार्बोक्सिलेशन $\rightarrow$ अपचयन $\rightarrow$ पुनरुद्भवन है।

(A) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्भवन (Regeneration)।
$1$. कार्बोक्सिलेशन: $CO_2$ एक $5$-कार्बन शर्करा रिबुलोज़ $1,5$-बिसफॉस्फेट $(RuBP)$ (जिसे $P$ द्वारा दर्शाया गया है) के साथ मिलकर $3$-कार्बन अम्ल,$3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) (जिसे $R$ द्वारा दर्शाया गया है) बनाता है।
$2$. रिडक्शन: $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $3$-$PGA$ को ट्रायोज़ फॉस्फेट (जिसे $Q$ द्वारा दर्शाया गया है) में परिवर्तित किया जाता है।
$3$. पुनरुद्भवन: चक्र को जारी रखने के लिए ट्रायोज़ फॉस्फेट का उपयोग $RuBP$ को पुनर्जीवित करने के लिए किया जाता है।
अतः,$P$ पेंटोज़ शर्करा $(RuBP)$ है,$R$ $3$-कार्बन अम्ल ($3$-$PGA$) है,और $Q$ ट्रायोज़ शर्करा (ट्रायोज़ फॉस्फेट) है।

(A) केल्विन चक्र में,$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण के लिए $3\,ATP$ और $2\,NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
तीन $CO_2$ अणुओं के स्थिरीकरण के लिए गणना इस प्रकार है:
आवश्यक $ATP$ = $3 \times 3 = 9\,ATP$
आवश्यक $NADPH$ = $3 \times 2 = 6\,NADPH$
अतः,तीन $CO_2$ अणुओं को स्थिर करने के लिए $9\,ATP$ और $6\,NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(A) $C_3$ पादपों में,प्रकाश संश्लेषण की पूरी प्रक्रिया पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं के भीतर होती है।
प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया (प्रकाश अभिक्रिया) क्लोरोप्लास्ट की थाइलाकोइड झिल्लियों (ग्रेना) में होती है।
केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) उन्हीं पर्णमध्योतक कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होता है।
अतः,$C_3$ पादपों में दोनों प्रक्रियाएं पर्णमध्योतक कोशिकाओं में ही स्थित होती हैं।

(A) केल्विन चक्र में,अपचयन चरण में $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) का ग्लिसराल्डिहाइड $3$-फॉस्फेट (ट्रायोस फॉस्फेट) में रूपांतरण शामिल है।
$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण के लिए,अपचयन चरण में $1$ अणु $ATP$ (फॉस्फोराइलेशन के लिए) और $1$ अणु $NADPH$ (अपचयन के लिए) की आवश्यकता होती है।
हालाँकि,$3$ अणु $CO_2$ से ट्रायोस फॉस्फेट के एक अणु के उत्पादन के लिए अपचयन चरण में कुल $6$ $ATP$ और $6$ $NADPH$ की आवश्यकता होती है।
इसलिए,एक $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए,अपचयन चरण हेतु $1$ $ATP$ और $1$ $NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(C) केल्विन चक्र में प्रवेश करने वाले प्रत्येक $CO_2$ अणु के लिए,$3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH_2$ की आवश्यकता होती है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए केल्विन चक्र के $6$ चक्रों की आवश्यकता होती है क्योंकि प्रत्येक चक्र एक कार्बन परमाणु को स्थिर करता है।
अतः,कुल आवश्यकता की गणना इस प्रकार है:
$6 \times (3\,ATP + 2\,NADPH_2) = 18\,ATP$ और $12\,NADPH_2$।

(B) प्रकाश संश्लेषण की अप्रकाशीय अभिक्रिया,जिसे केल्विन चक्र या प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया भी कहा जाता है,क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है।
इसे सीधे प्रकाश,क्लोरोफिल या प्रकाश-संचयन तंत्र की आवश्यकता नहीं होती है।
इसके बजाय,यह कार्बन डाइऑक्साइड को ग्लूकोज में बदलने के लिए प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं के उत्पादों का उपयोग करती है।
अप्रकाशीय अभिक्रिया के लिए आवश्यक घटक निम्नलिखित हैं:
$1$. $CO_2$: शर्करा के संश्लेषण के लिए कार्बन स्रोत के रूप में कार्य करता है।
$2$. $ATP$: अपचयन (reduction) प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है।
$3$. $NADPH$: $3-PGA$ को $G3P$ में बदलने के लिए अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करता है।
अतः,$C, D$ और $E$ सही आवश्यकताएं हैं।

(C) केल्विन चक्र में $CO_2$ के $1$ अणु के स्थिरीकरण में तीन चरण शामिल होते हैं: कार्बोक्सिलेशन,रिडक्शन और पुनरुद्धार (Regeneration)।
रिडक्शन चरण के दौरान,$3-PGA$ के $1$ अणु को $G3P$ में अपचयित करने के लिए $ATP$ के $2$ अणु और $NADPH$ के $2$ अणुओं का उपयोग किया जाता है।
इसके अतिरिक्त,$RuMP$ को वापस $RuBP$ में बदलने के लिए पुनरुद्धार चरण के दौरान $ATP$ के $1$ अणु की आवश्यकता होती है।
इसलिए,$CO_2$ के $1$ अणु के स्थिरीकरण के लिए कुल $3$ अणु $ATP$ और $2$ अणु $NADPH$ की खपत होती है।

(D) $RuBisCO$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंजाइम है।
यह केल्विन चक्र में कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करता है,जहाँ यह $RuBP$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate) में $CO_2$ जोड़कर उसके कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है।
विकल्प $A$ गलत है क्योंकि $RuBisCO$ प्रकाश पर निर्भर है और दिन के दौरान सक्रिय होता है।
विकल्प $B$ गलत है क्योंकि हालांकि यह दोनों के साथ जुड़ सकता है,लेकिन सामान्य शारीरिक स्थितियों में इसकी $O_2$ की तुलना में $CO_2$ के लिए बहुत अधिक आत्मीयता होती है।
विकल्प $C$ गलत है क्योंकि जल का प्रकाश-अपघटन फोटोसिस्टम $II$ से जुड़े ऑक्सीजन-उत्पादक कॉम्प्लेक्स द्वारा होता है,न कि $RuBisCO$ द्वारा।
इसलिए,सही कथन यह है कि यह $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है।

(D) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,अपचयन (Reduction),और पुनरुद्भवन (Regeneration)।
$1$. कार्बोक्सिलेशन: $\text{CO}_2$ को $\text{RuBisCO}$ एंजाइम द्वारा $\text{RuBP}$ के साथ जोड़ा जाता है। यहाँ $\text{ATP}$ का उपयोग नहीं होता है।
$2$. अपचयन: इस चरण में $3$-फॉस्फोग्लिसरेट को ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट में बदलने के लिए $\text{ATP}$ और $\text{NADPH}$ दोनों का उपयोग किया जाता है।
$3$. पुनरुद्भवन: इस चरण में ट्रायोज़ फॉस्फेट से $\text{RuBP}$ को पुनर्जीवित करने के लिए $\text{ATP}$ की आवश्यकता होती है ताकि चक्र जारी रह सके।
अतः,अपचयन और पुनरुद्भवन दोनों चरण $\text{ATP}$ का उपयोग करते हैं।

(A) $C_3$-चक्र (केल्विन चक्र) में,ग्लूकोज़ $(C_6H_{12}O_6)$ के $1$ अणु के संश्लेषण के लिए $18$ $\text{ATP}$ और $12$ $\text{NADPH}$ की आवश्यकता होती है।
ग्लूकोज़ के $3$ अणु बनाने के लिए,हम आवश्यकताओं को $3$ से गुणा करते हैं।
कुल आवश्यक $\text{ATP} = 3 \times 18 = 54$ $\text{ATP}$।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(A) प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषण चरण को अंधकार अभिक्रिया या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है।
इस चरण को सीधे प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है,लेकिन यह प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया के उत्पादों ($ATP$ और $NADPH$) पर निर्भर करता है।
जैव-संश्लेषण चरण की मुख्य प्रक्रियाओं में शामिल हैं:
$1$. $ATP$ का उपयोग (ऊर्जा स्रोत)।
$2$. $NADPH + H^{+}$ का उपयोग (अपचायक के रूप में)।
$3$. $CO_2$ का अपचयन (Reduction) होकर कार्बोहाइड्रेट (शर्करा) का निर्माण।
विकल्प $(A)$,$(C)$ और $(E)$ इस चरण के सही घटक हैं।
विकल्प $(B)$ ($NADPH + H^{+}$ का संश्लेषण) और $(D)$ (ऑक्सीजन का निकलना) प्रकाश-निर्भर चरण (प्रकाश-रासायनिक चरण) के दौरान होते हैं।
अतः,सही संयोजन केवल $A, C$ और $E$ है।

(C) कथन $I$ सही है क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के जैव-संश्लेषण चरण को,जहाँ $CO_2$ को शर्करा में स्थिर किया जाता है,पारंपरिक रूप से अंधकार अभिक्रिया कहा जाता है।
कथन $II$ गलत है क्योंकि इन अभिक्रियाओं के लिए अंधेरे की आवश्यकता नहीं होती है; ये प्रकाश की उपस्थिति में भी होती हैं। इन्हें 'अंधकार अभिक्रिया' इसलिए कहा जाता है क्योंकि इन्हें एंजाइमी चरणों को चलाने के लिए सीधे प्रकाश ऊर्जा (फोटॉन) की आवश्यकता नहीं होती है,लेकिन ये प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं के उत्पादों ($ATP$ और $NADPH$) पर अप्रत्यक्ष रूप से निर्भर होती हैं। इसलिए,ये दिन के दौरान भी हो सकती हैं।

(A) केल्विन चक्र तीन मुख्य चरणों से बना है: कार्बोक्सिलेशन,अपचयन और पुनरुद्धभवन।
$1$. कार्बोक्सिलेशन: इस चरण में,$\text{RuBisCO}$ एंजाइम की सहायता से $\text{RuBP}$ द्वारा $CO_2$ का स्थिरीकरण होता है। इस चरण में $\text{ATP}$ या $\text{NADPH}$ की आवश्यकता नहीं होती है।
$2$. अपचयन: इस चरण में $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) के प्रत्येक अणु को ग्लिसराल्डिहाइड $3$-फॉस्फेट में अपचयित करने के लिए $2$ $\text{ATP}$ और $2$ $\text{NADPH}$ अणुओं का उपयोग होता है।
$3$. पुनरुद्धभवन: इस चरण में $\text{RuBP}$ को पुनर्जीवित करने के लिए रिबुलोज $5$-फॉस्फेट के फॉस्फोरिलीकरण हेतु $1$ $\text{ATP}$ अणु की आवश्यकता होती है।
अतः,कार्बोक्सिलेशन ही एकमात्र ऐसा चरण है जिसमें $\text{ATP}$ का वि-फॉस्फोरिलीकरण नहीं होता है।

(A) केल्विन चक्र के माध्यम से ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH_2$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
$10$ ग्लूकोज अणुओं को संश्लेषित करने के लिए,हम प्रति ग्लूकोज अणु की आवश्यकता को $10$ से गुणा करते हैं।
गणना: $12 \text{ अणु } NADPH_2 \times 10 \text{ ग्लूकोज अणु} = 120 \text{ अणु } NADPH_2$।
अतः,$NADPH_2$ के $120$ अणुओं की आवश्यकता होगी।

(D) सही उत्तर $D$ है।
केल्विन चक्र (जिसे $C_3$ चक्र भी कहा जाता है) प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रिया है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए,चक्र को छह बार घूमना पड़ता है।
एक ग्लूकोज अणु के उत्पादन के लिए समग्र समीकरण इस प्रकार है:
$6 CO_2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H^+ \rightarrow 1 C_6H_{12}O_6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP^+ + 6 H_2O$.
इस प्रकार,शुद्ध परिणाम में $1$ ग्लूकोज,$18 ADP$ और $12 NADP^+$ शामिल हैं।

(A) सही विकल्प $A$ है।
केल्विन चक्र (अप्रकाशिक अभिक्रिया) में,प्रक्रिया तीन मुख्य चरणों से बनी है:
$1$. कार्बोक्सिलेशन $(A)$: $CO_2$ को $RuBP$ द्वारा स्थिर किया जाता है जिससे एक अस्थिर यौगिक बनता है जो $PGA$ में टूट जाता है।
$2$. अपचयन ($B$ और $C$): इसमें दो चरण शामिल हैं:
- फॉस्फोराइलेशन $(B)$: $ATP$ का उपयोग करके $PGA$ को $1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट में परिवर्तित किया जाता है।
- अपचयन $(C)$: $NADPH$ का उपयोग करके $1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट को $G3P$ (या $3-PGA$ एल्डिहाइड) में अपचयित किया जाता है।
$3$. पुनरुद्भवन $(D)$: चक्र को जारी रखने के लिए $ATP$ का उपयोग करके $RuMP$ से $RuBP$ का पुनरुद्भवन किया जाता है।

(A) गलत कथन $A$ है।
केल्विन चक्र में,कार्बन स्थिरीकरण के दौरान $ATP$ के $18$ अणुओं का संश्लेषण नहीं होता है; बल्कि,$ATP$ का उपयोग होता है।
ग्लूकोज के एक अणु ($6$ कार्बन) के उत्पादन के लिए,केल्विन चक्र को $6$ बार घूमना पड़ता है।
प्रत्येक चक्र में $3$ $ATP$ और $2$ $NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
इसलिए,इस प्रक्रिया के दौरान कुल $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH$ का उपयोग होता है,न कि संश्लेषण।
विकल्प $B$ सही है क्योंकि $NADPH$ का उपयोग $1,3$-बिसफॉस्फोग्लिसरेट को ग्लिसराल्डिहाइड-$3$-फॉस्फेट में अपचयित करने के लिए किया जाता है।
विकल्प $C$ सही है क्योंकि $RuBisCO$ वह एंजाइम है जो $RuBP$ के कार्बोक्सिलेशन के लिए जिम्मेदार है।
विकल्प $D$ सही है क्योंकि $3$-फॉस्फोग्लिसरेट ($3$-$PGA$) केल्विन चक्र का पहला स्थिर उत्पाद है।

(D) सही उत्तर $D$ है।
प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में,कार्बन का स्रोत $CO_2$ है,जिसे केल्विन चक्र के दौरान ग्लूकोज अणु में शामिल किया जाता है।
चूंकि पौधे को रेडियोधर्मी समस्थानिक $^{14}CO_2$ की आपूर्ति की जाती है,इसलिए परिणामी ग्लूकोज अणु में कार्बन परमाणु रेडियोधर्मी (लेबल किए गए) होंगे।
प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन पानी $(H_2O)$ के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से प्राप्त होती है,न कि $CO_2$ से।
इसलिए,मुक्त होने वाली ऑक्सीजन सामान्य $(^{16}O)$ होगी और लेबल नहीं की गई होगी।

(B) केल्विन चक्र में,RuBisCO (RuBP कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम कार्बोक्सिलेशन चरण को उत्प्रेरित करता है।
यह एंजाइम वायुमंडलीय $CO_2$ को रिबुलोज $1,5$-बिसफॉस्फेट (RuBP) नामक $5$-कार्बन वाली शर्करा में स्थिर करने में सहायता करता है।

(B) केल्विन चक्र के माध्यम से ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए $6$ चक्रों की आवश्यकता होती है।
प्रत्येक चक्र एक $CO_2$ अणु को स्थिर करता है,जिसमें $3$ $ATP$ और $2$ $NADPH$ का उपयोग होता है।
इसलिए,$6$ $CO_2$ अणुओं के लिए कुल आवश्यकता इस प्रकार है:
$6 \times 3 = 18$ $ATP$
$6 \times 2 = 12$ $NADPH$
अतः,ग्लूकोज का एक अणु बनाने के लिए $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।