C4 Questions in Gujarati

(D) $PEP + HCO_3^{-} \rightarrow OAA$ (ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ) પ્રક્રિયા એ પ્રકાશસંશ્લેષણના $C_4$ પથનું પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન પગલું છે.
આ પ્રક્રિયા $C_4$ વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરતો ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ (ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ કાર્બોક્સિલેઝ) છે.
$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $CO_2$ (જે $HCO_3^{-}$ સ્વરૂપે હોય છે) માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવે છે અને તે ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિ દર્શાવતું નથી,જે ઓછી $CO_2$ સાંદ્રતામાં પણ કાર્યક્ષમ કાર્બન સ્થાપનમાં મદદ કરે છે.

(C) $C_3$ પથ (કેલ્વિન ચક્ર) માં,$CO_2$ ના એક અણુના સ્થાપન માટે $3$ $ATP$ અને $2$ $NADPH$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
$C_4$ પથમાં,$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ દ્વારા $CO_2$ ના સ્થાપનનું એક વધારાનું પગલું અને પાયરુવેટમાંથી $PEP$ (ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ) નું પુનઃસર્જન થાય છે,જેમાં $2$ વધારાના $ATP$ અણુઓ વપરાય છે.
તેથી,$C_4$ પથમાં સ્થાપિત દરેક $CO_2$ અણુ દીઠ કુલ $5$ $ATP$ ($3$ કેલ્વિન ચક્ર માટે + $2$ $PEP$ પુનઃસર્જન માટે) ની જરૂર પડે છે.
આમ,$ATP$ ની જરૂરિયાતમાં તફાવત $5 - 3 = 2$ $ATP$ અણુઓ છે.

(B) રણપ્રદેશની વનસ્પતિઓ પાણીની અછતવાળા વાતાવરણમાં ટકી રહેવા માટે અનુકૂલિત હોય છે.
$1$. બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે તેમની પર્ણ સપાટી પર જાડું ક્યુટિકલ હોય છે.
$2$. તેઓ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) પથ અનુસરે છે,જે તેમને રાત્રિ દરમિયાન $CO_2$ નું સ્થાપન કરવામાં મદદ કરે છે.
$3$. પરિણામે,પાણીનો વ્યય અટકાવવા માટે તેમના પર્ણરંધ્રો દિવસ દરમિયાન બંધ રહે છે અને $CO_2$ લેવા માટે રાત્રે ખુલે છે.
$4$. રણપ્રદેશની વનસ્પતિઓમાં પર્ણરંધ્રો સામાન્ય રીતે 'નિમ્નસ્થ' (sunken stomata) હોય છે જેથી પાણીનો વ્યય ઘટાડી શકાય,તે અધિસ્તરની સપાટી પર હોતા નથી. તેથી,પર્ણરંધ્રો અધિસ્તર પર આવેલા હોય છે તે વિધાન ખોટું છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે પ્રકારના કોષો વચ્ચે વહેંચાયેલી હોય છે: પર્ણમધ્ય કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
$1$. $C_4$ ચક્ર (પ્રારંભિક $CO_2$ સ્થાપન) પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $CO_2$ નું સ્થાપન ઓક્સાલોએસીટેટ નામના $4$-કાર્બન સંયોજનમાં થાય છે.
$2$. $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $4$-કાર્બન સંયોજનનું વહન થાય છે અને તેમાંથી $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે ત્યારબાદ કેલ્વિન ચક્રમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા સ્થાપિત થાય છે.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિઓમાં $C_3$ ચક્રનું સ્થાન પુલકંચુક કોષ છે.

(D) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે $18$ $ATP$ અને $12$ $NADPH$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં (જેમ કે મકાઈ),$C_4$ ચક્રમાં ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ ના પુનઃસર્જન માટે પ્રતિ $CO_2$ અણુ દીઠ વધારાના $2$ $ATP$ અણુઓની જરૂર પડે છે.
હેક્સોઝ શર્કરાના એક અણુના ઉત્પાદન માટે $6$ $CO_2$ અણુઓની જરૂર હોવાથી,જરૂરી કુલ વધારાના $ATP$ $6 \times 2 = 12$ $ATP$ અણુઓ થાય છે.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિને ગ્લુકોઝના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે કુલ $18 + 12 = 30$ $ATP$ અણુઓની જરૂર પડે છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$C_4$ ચક્રમાં બે પ્રકારના કોષોનો સમાવેશ થાય છે: મધ્યપર્ણ કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
$1$. મધ્યપર્ણ કોષોમાં,$CO_2$ નું સ્થાપન $4$-કાર્બન ધરાવતા સંયોજન (ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ) માં થાય છે,જે ત્યારબાદ મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$2$. આ $4$-કાર્બન ધરાવતા એસિડનું વહન પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે,જ્યાં કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત કરવા માટે તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
$3$. બાકી રહેલું $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન,પાયરુવિક એસિડ,ત્યારબાદ પુલકંચુક કોષોમાંથી પાછું મધ્યપર્ણ કોષોમાં વહન પામે છે જેથી પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક,ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ નું પુનઃસર્જન થઈ શકે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે પ્રકારના કોષો વચ્ચે વહેંચાયેલી હોય છે: પર્ણમધ્ય કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
$1$. પર્ણમધ્ય કોષો: આ કોષોમાં $PEPCase$ (ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ કાર્બોક્સિલેઝ) ઉત્સેચક હોય છે પરંતુ $\text{RuBisCo}$ ઉત્સેચકનો અભાવ હોય છે. તેથી,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન અહીં થાય છે.
$2$. પુલકંચુક કોષો: આ કોષોમાં $\text{RuBisCo}$ ઉત્સેચક હોય છે અને તે કેલ્વિન ચક્રનું સ્થાન છે.
આમ,$C_4$ વનસ્પતિઓના પર્ણમધ્ય કોષોમાં $\text{RuBisCo}$ ગેરહાજર હોવાથી,વિકલ્પ $(B)$ સાચો જવાબ છે.

(C) સાચો જવાબ $C$ છે।
ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓના પર્ણોમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ રચના છે।
આ રચનામાં, મધ્યપર્ણ કોષો પુલકંચુક કોષોની આસપાસ વલયાકાર રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે।
મકાઈ $(Zea \, mays)$ એ $C_4$ વનસ્પતિનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે, જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા માટે આ લાક્ષણિક અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે।

(D) $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPcase)$ એ એક ઉત્સેચક છે જે $C_4$ વનસ્પતિઓમાં ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ ના કાર્બોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.
તે મુખ્યત્વે $C_4$ વનસ્પતિઓમાં કાર્બન સ્થાપનના પ્રારંભિક તબક્કામાં સામેલ છે અને તે $C_3$ વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં જોવા મળતો નથી.

(A) સાચો જવાબ $A$ છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં,કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ ચક્ર) માત્ર પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે.
જોકે,$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,આ પ્રક્રિયાનું વિભાજન થયેલું હોય છે: પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે જેથી $4$-કાર્બન સંયોજન બને છે,જે ત્યારબાદ પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિઓમાં $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) ખાસ કરીને પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
મકાઈ એ $C_4$ વનસ્પતિ છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નું સ્થાપન બે અલગ-અલગ પ્રકારના કોષોમાં બે તબક્કામાં થાય છે.
મેસોફિલ કોષોમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે. આ પ્રારંભિક સ્થાપન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPcase)$ છે.
$C_4$ એસિડના નિર્માણ પછી,તેઓ બંડલ શીથ કોષોમાં વહન પામે છે.
બંડલ શીથ કોષોમાં,$C_4$ એસિડનું વિઘટન થઈને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે ત્યારબાદ કેલ્વિન ચક્ર દ્વારા $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા સ્થાપિત થઈને શર્કરા બનાવે છે.
તેથી,મેસોફિલ અને બંડલ શીથ કોષોમાં સંકળાયેલા ઉત્સેચકો અનુક્રમે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ અને $RuBisCO$ છે.