C4 Questions in Hindi

(D) $PEP + HCO_3^{-} \rightarrow OAA$ (ऑक्जेलोएसेटिक एसिड) अभिक्रिया प्रकाश संश्लेषण के $C_4$ पथ का प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन चरण है।
यह अभिक्रिया $C_4$ पौधों की पर्दमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में होती है।
इस अभिक्रिया को उत्प्रेरित करने वाला एंजाइम $PEP$ कार्बोक्सिलेज (फॉस्फोइनोलपाइरूवेट कार्बोक्सिलेज) है।
$PEP$ कार्बोक्सिलेज की $CO_2$ ($HCO_3^{-}$ के रूप में) के प्रति उच्च आत्मीयता होती है और यह ऑक्सीजनेज गतिविधि नहीं दिखाता है,जो कम $CO_2$ सांद्रता पर भी कुशल कार्बन स्थिरीकरण में मदद करता है।

(C) $C_3$ पथ (केल्विन चक्र) में,$CO_2$ के एक अणु के स्थिरीकरण के लिए $3$ $ATP$ और $2$ $NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
$C_4$ पथ में,$PEP$ कार्बोक्सिलेज द्वारा $CO_2$ के स्थिरीकरण का एक अतिरिक्त चरण और पाइरूवेट से $PEP$ (फॉस्फोइनोलपाइरूवेट) का पुनरुद्धार होता है,जिसमें $2$ अतिरिक्त $ATP$ अणुओं की खपत होती है।
इसलिए,$C_4$ पथ में प्रति $CO_2$ अणु के स्थिरीकरण के लिए कुल $5$ $ATP$ ($3$ केल्विन चक्र के लिए + $2$ $PEP$ पुनरुद्धार के लिए) की आवश्यकता होती है।
अतः,$ATP$ की आवश्यकता में अंतर $5 - 3 = 2$ $ATP$ अणु है।

(B) मरुस्थलीय पौधे जल की कमी वाले वातावरण में जीवित रहने के लिए अनुकूलित होते हैं।
$1$. वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से पानी की हानि को कम करने के लिए उनकी पत्तियों की सतह पर एक मोटी क्यूटिकल होती है।
$2$. वे प्रकाश संश्लेषण के लिए $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) पथ का पालन करते हैं,जो उन्हें रात में $CO_2$ को स्थिर करने की अनुमति देता है।
$3$. परिणामस्वरूप,पानी की हानि को रोकने के लिए उनके रंध्र दिन के दौरान बंद रहते हैं और $CO_2$ लेने के लिए रात में खुलते हैं।
$4$. मरुस्थलीय पौधों में रंध्र आमतौर पर 'धंसे हुए' (sunken stomata) होते हैं ताकि पानी की हानि कम हो सके,न कि वे बाह्यत्वचा की सतह पर स्थित होते हैं। इसलिए,यह कथन कि रंध्र बाह्यत्वचा पर स्थित होते हैं,गलत है।

(C) $C_4$ पादपों में,प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया दो प्रकार की कोशिकाओं के बीच विभाजित होती है: पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं और पुल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं।
$1$. $C_4$ चक्र (प्रारंभिक $CO_2$ स्थिरीकरण) पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है,जहाँ $CO_2$ को ऑक्सालोएसीटेट नामक $4$-कार्बन यौगिक में स्थिर किया जाता है।
$2$. $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) पुल आच्छद कोशिकाओं में होता है,जहाँ $4$-कार्बन यौगिक का परिवहन होता है और उसका विकार्बोक्सिलीकरण करके $CO_2$ मुक्त किया जाता है,जिसे बाद में केल्विन चक्र में $RuBisCO$ एंजाइम द्वारा स्थिर किया जाता है।
अतः,$C_4$ पादपों में $C_3$ चक्र का स्थल पुल आच्छद कोशिका है।

(D) $C_3$ पादपों में,ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
$C_4$ पादपों (जैसे मक्का) में,$C_4$ चक्र में फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ के पुनरुद्धार के लिए प्रति $CO_2$ अणु $2$ अतिरिक्त $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
चूंकि हेक्सोज़ शर्करा के एक अणु के उत्पादन के लिए $6$ $CO_2$ अणुओं की आवश्यकता होती है,इसलिए कुल अतिरिक्त $ATP$ की आवश्यकता $6 \times 2 = 12$ $ATP$ अणु होती है।
अतः,एक $C_4$ पादप को ग्लूकोज के एक अणु के संश्लेषण के लिए कुल $18 + 12 = 30$ $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है।

(D) $C_4$ पौधों में,$C_4$ चक्र में दो प्रकार की कोशिकाएं शामिल होती हैं: मेसोफिल कोशिकाएं और बंडल शीथ कोशिकाएं।
$1$. मेसोफिल कोशिकाओं में,$CO_2$ को एक $4$-कार्बन यौगिक (ऑक्सालोएसेटिक एसिड) में स्थिर किया जाता है,जिसे बाद में मैलिक एसिड या एस्पार्टिक एसिड में परिवर्तित किया जाता है।
$2$. इन $4$-कार्बन एसिड को बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है,जहां केल्विन चक्र के लिए $CO_2$ जारी करने के लिए उनका डिकार्बोक्सिलेशन होता है।
$3$. शेष $3$-कार्बन यौगिक,पाइरुविक एसिड,को फिर बंडल शीथ कोशिकाओं से वापस मेसोफिल कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है ताकि प्राथमिक $CO_2$ स्वीकर्ता,फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ का पुनरुत्पादन हो सके।

(B) $C_4$ पौधों में,प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया दो प्रकार की कोशिकाओं के बीच विभाजित होती है: पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं और बंडल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं।
$1$. पर्णमध्योतक कोशिकाएं: इन कोशिकाओं में $PEPCase$ (फॉस्फोइनोलपाइरुवेट कार्बोक्सिलेज) एंजाइम होता है लेकिन $\text{RuBisCo}$ एंजाइम का अभाव होता है। इसलिए,$CO_2$ का प्रारंभिक स्थिरीकरण यहीं होता है।
$2$. बंडल आच्छद कोशिकाएं: इन कोशिकाओं में $\text{RuBisCo}$ एंजाइम मौजूद होता है और यह केल्विन चक्र का स्थल है।
चूंकि $C_4$ पौधों की पर्णमध्योतक कोशिकाओं में $\text{RuBisCo}$ अनुपस्थित होता है,इसलिए विकल्प $(B)$ सही उत्तर है।

(C) सही उत्तर $C$ है।
क्रान्ज़ शारीरिकी $C_4$ पौधों की पत्तियों में पाई जाने वाली एक विशिष्ट संरचना है।
इस शारीरिकी में, पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं बंडल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं के चारों ओर एक वलय के रूप में व्यवस्थित होती हैं।
मक्का $(Zea \, mays)$ $C_4$ पौधे का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, जो प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करने के लिए इस विशिष्ट शारीरिकी को प्रदर्शित करता है।

(D) $PEP$ कार्बोक्सिलेज $(PEPcase)$ एक एंजाइम है जो $C_4$ पादपों में फॉस्फोइनोल पाइरूवेट $(PEP)$ के कार्बोक्सिलेशन को उत्प्रेरित करता है।
यह मुख्य रूप से $C_4$ पादपों में कार्बन स्थिरीकरण के प्रारंभिक चरण में शामिल होता है और $C_3$ पादपों की पर्णमध्योतक कोशिकाओं में नहीं पाया जाता है।

(A) सही उत्तर $A$ है।
$C_3$ पौधों में,केल्विन चक्र ($C_3$ चक्र) केवल पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है।
हालाँकि,$C_4$ पौधों में,यह प्रक्रिया विभाजित होती है: प्रारंभिक $CO_2$ स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है जिससे एक $4$-कार्बन यौगिक बनता है,जिसे बाद में पुल आच्छद कोशिकाओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
इसलिए,$C_4$ पौधों में $C_3$ चक्र (केल्विन चक्र) विशेष रूप से पुल आच्छद कोशिकाओं में होता है।

(D) सही उत्तर $D$ है।
मक्का एक $C_4$ पौधा है। $C_4$ पौधों में,$CO_2$ का स्थिरीकरण दो अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में दो चरणों में होता है।
मेसोफिल कोशिकाओं में,प्राथमिक $CO_2$ स्वीकर्ता फॉस्फोइनोल पाइरूवेट $(PEP)$ है,जो एक $3$-कार्बन अणु है। इस प्रारंभिक स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एंजाइम $PEP$ कार्बोक्सिलेज $(PEPcase)$ है।
$C_4$ एसिड के निर्माण के बाद,उन्हें बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है।
बंडल शीथ कोशिकाओं में,$C_4$ एसिड टूटकर $CO_2$ मुक्त करते हैं,जिसे बाद में केल्विन चक्र के माध्यम से $RuBisCO$ एंजाइम द्वारा स्थिर करके शर्करा बनाई जाती है।
इसलिए,मेसोफिल और बंडल शीथ कोशिकाओं में शामिल एंजाइम क्रमशः $PEP$ कार्बोक्सिलेज और $RuBisCO$ हैं।