Anaerobic respiration Questions in Gujarati

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. $Clostridium$ એ અવિકલ્પી અજારક (obligate anaerobe) સજીવ છે,જેનો અર્થ છે કે તે ફક્ત ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં જ શ્વસન કરી શકે છે અને વૃદ્ધિ પામી શકે છે. જોકે $Lactobacillus$ જેવા અન્ય બેક્ટેરિયા વૈકલ્પિક અજારક હોય છે,પરંતુ $Clostridium$ પ્રજાતિઓ સખત રીતે અજારક સજીવો છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં આથવણ (fermentation) ની પ્રક્રિયા કરે છે.

(A) પુટ્રેફેક્શન (સડો) એ સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થો,ખાસ કરીને પ્રોટીનનું અજારક વિઘટન છે. આ પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે અને નાઈટ્રોજનયુક્ત કાર્બનિક સંયોજનોનું સરળ પદાર્થોમાં વિઘટન તરફ દોરી જાય છે,જે ઘણીવાર હાઈડ્રોજન સલ્ફાઈડ $(H_2S)$,એમોનિયા $(NH_3)$ અને વિવિધ એમાઈન્સ જેવા દુર્ગંધયુક્ત વાયુઓ મુક્ત કરે છે. તેથી,આ પ્રક્રિયા માટેનો સાચો શબ્દ પુટ્રેફેક્શન છે.

(D) આથવણ એ એક ચયાપચયની પ્રક્રિયા છે જે ઉત્સેચકોની ક્રિયા દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થોમાં રાસાયણિક ફેરફારો ઉત્પન્ન કરે છે.
આ પ્રક્રિયા બધા જ સૂક્ષ્મજીવો,ફૂગ કે બેક્ટેરિયા દ્વારા થતી નથી.
સૂક્ષ્મજીવોના ચોક્કસ જૂથો,જેમ કે યીસ્ટની કેટલીક પ્રજાતિઓ (ફૂગ જેવી કે $Saccharomyces$ $cerevisiae$) અને વિવિધ બેક્ટેરિયા (દા.ત.,$Lactobacillus$),અજારક પરિસ્થિતિઓમાં ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે આથવણની પ્રક્રિયા કરવા સક્ષમ છે.
તેથી,આથવણની પ્રક્રિયા કેટલીક ફૂગ અને કેટલાક બેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે.

(D) સખત કસરત દરમિયાન,સ્નાયુ કોષોમાં ઓક્સિજનની માંગ તેના પુરવઠા કરતા વધી જાય છે. આ અજારક પરિસ્થિતિઓમાં,સ્નાયુ કોષો અજારક શ્વસન (લેક્ટિક એસિડ આથવણ) કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા ગ્લુકોઝનું પહેલા પાયરુવિક એસિડમાં વિઘટન થાય છે,અને ત્યારબાદ લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે. આ પ્રક્રિયા $NAD^+$ નું પુનઃનિર્માણ કરવામાં મદદ કરે છે જેથી ગ્લાયકોલિસિસ ચાલુ રહી શકે અને $ATP$ ઉત્પન્ન થઈ શકે.

(C) પાશ્ચરની અસર એટલે ઓક્સિજન દ્વારા આથવણની પ્રક્રિયાનું અવરોધન. જ્યારે યીસ્ટના અજારક સંવર્ધનમાં ઓક્સિજન ઉમેરવામાં આવે છે,ત્યારે ગ્લુકોઝના વપરાશનો દર નોંધપાત્ર રીતે ઘટી જાય છે કારણ કે સજીવ આથવણ (જે ઓછી કાર્યક્ષમ છે) થી જારક શ્વસન (જે $ATP$ ઉત્પાદન માટે વધુ કાર્યક્ષમ છે) તરફ વળે છે. આમ,ઓક્સિજનની હાજરી આથવણની પ્રક્રિયાને દબાવે છે.

(A) પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર એ અજારક શ્વસન (આથવણ) નો એક પ્રકાર છે.
આ પ્રક્રિયામાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે,કારણ કે આ માર્ગમાં અંતિમ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે ઓક્સિજનની જરૂર હોતી નથી.
તેથી,આ રૂપાંતર માટેની પ્રાથમિક શરત ઓક્સિજનની ગેરહાજરી છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે. $Pasteur$ $effect$ (પાશ્ચર અસર) એ ઘટના છે જેમાં $O_2$ ની ગેરહાજરીમાં (અજારક પરિસ્થિતિમાં) ગ્લાયકોલિસિસનો દર $O_2$ ની હાજરી (જારક પરિસ્થિતિ) કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે અજારક પરિસ્થિતિમાં,કોષે તેની ઉર્જાની જરૂરિયાતો પૂરી કરવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં $ATP$ ઉત્પન્ન કરવા માટે ગ્લુકોઝના વિઘટનનો દર વધારવો પડે છે,કારણ કે $TCA$ ચક્ર અને ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન અવરોધાય છે.

(D) સાચો જવાબ છે. અજારક શ્વસન વનસ્પતિઓ માટે ઝેરી માનવામાં આવે છે કારણ કે તે ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા ઝેરી અંતિમ ઉત્પાદનોના સંચય તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં,તે જારક શ્વસનની તુલનામાં અપૂરતી માત્રામાં ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે,જે મહત્વપૂર્ણ ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓ અટકી જવા અને કોષોને નુકસાન પહોંચાડવાનું કારણ બની શકે છે.

(C) અજારક શ્વસનમાં, ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા, જેને ઘણીવાર આથવણ (fermentation) કહેવામાં આવે છે, તેના પરિણામે ઇથેનોલ (આલ્કોહોલ) અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ ઉત્પન્ન થાય છે.
રાસાયણિક સમીકરણ આ મુજબ છે: ${C_6}{H_{12}}{O_6} \xrightarrow{} 2{C_2}{H_5}OH + 2C{O_2} + 21 \, \text{kcal}$.

(A) અજારક શ્વસન એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં સજીવો ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે।
$\text{ઈસ્ટ}$ (એક ફૂગ) એ જીવવિજ્ઞાનમાં આથવણ (fermentation) દર્શાવવા માટે વપરાતું સૌથી ઉત્તમ ઉદાહરણ છે, જે અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર છે।
જોકે કેટલીક વનસ્પતિ પેશીઓ તણાવની સ્થિતિમાં અજારક શ્વસન કરી શકે છે, પરંતુ $\text{ઈસ્ટ}$ એ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં આથવણની પ્રક્રિયા કરવા માટે સૌથી વધુ જાણીતું અને અભ્યાસ કરાયેલું સજીવ છે।

(B) આલ્કોહોલ (ઇથેનોલ) અજારક શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થાય છે,ખાસ કરીને યીસ્ટના કોષોમાં આથવણ (fermentation) નામની પ્રક્રિયા દ્વારા.
આ પ્રક્રિયામાં,ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને ઇથેનોલ,$CO_2$ અને થોડી માત્રામાં ઉર્જા $(ATP)$ ઉત્પન્ન થાય છે.

(C) અજારક શ્વસન (લેક્ટિક એસિડ આથવણ) દરમિયાન,પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે.
આ પ્રક્રિયા ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $NADH + H^+$ નો ઉપયોગ કરે છે.
ગ્લાયકોલિસિસમાં ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ $2\, ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ થાય છે,અને ત્યારબાદ પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર થવાથી વધારાના કોઈ $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી,તેથી ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ ચોખ્ખો લાભ $2\, ATP$ અણુઓ જ રહે છે.
તેથી,આ પ્રક્રિયામાં $2\, ATP$ અણુઓનો લાભ થાય છે.

(C) આથવણ એ અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જે યીસ્ટ જેવા સૂક્ષ્મજીવોમાં જોવા મળે છે।
આ પ્રક્રિયામાં, ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં શર્કરા (જેમ કે ગ્લુકોઝ) નું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે।
આલ્કોહોલિક આથવણ માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ આ મુજબ છે: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + \text{Energy}$.
તેથી, અંતિમ નીપજો આલ્કોહોલ (ઇથેનોલ) અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ છે।

(A) આથવણ એ અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જેમાં ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં કાર્બનિક સંયોજનોનું વિઘટન થાય છે.
તેમાં કાર્બોદિતો (જેમ કે ગ્લુકોઝ) નું ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા ઉત્પાદનોમાં અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે.
આથવણ એ અજારક શ્વસનનું એક સ્વરૂપ છે,તેથી વિકલ્પ $A$ સાચો જવાબ છે.

(C) પાયરુવિક એસિડનું ઇથાઇલ આલ્કોહોલમાં રૂપાંતર યીસ્ટમાં અજારક શ્વસન (આથવણ) દરમિયાન થાય છે.
પગલું $1$: પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર $Pyruvate \ decarboxylase$ ઉત્સેચક દ્વારા એસીટાલ્ડિહાઇડમાં થાય છે,જેમાં $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
પગલું $2$: ત્યારબાદ એસીટાલ્ડિહાઇડનું રૂપાંતર $Alcohol \ dehydrogenase$ ઉત્સેચક દ્વારા ઇથાઇલ આલ્કોહોલમાં થાય છે,જેમાં $NADH + H^+$ રિડક્શનકર્તા તરીકે વપરાય છે.
આમ,આ પ્રક્રિયામાં ડીકાર્બોક્સિલેઝ અને ડીહાઈડ્રોજીનેઝ બંને ઉત્સેચકો સંકળાયેલા છે.

(B) યીસ્ટમાં અજારક શ્વસન દરમિયાન,ગ્લુકોઝનું આથવણ થઈને ઇથેનોલ $(C_2H_5OH)$,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ અને થોડી માત્રામાં ઉર્જા $(ATP)$ ઉત્પન્ન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ છે: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP$.

(B) આથવણ એ અજારક પ્રક્રિયા છે જેમાં ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બને છે.
આલ્કોહોલિક આથવણ માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 18 \, kcal$ છે.
વિકલ્પ $A$ જારક શ્વસન દર્શાવે છે.
વિકલ્પ $C$ અને $D$ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.

(B) અજારક શ્વસનમાં માત્ર ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા થાય છે. ગ્લાયકોલિસિસ એ ગ્લુકોઝનું પાયરુવેટમાં વિઘટન કરવાની પ્રક્રિયા છે,જે કોષના કોષરસમાં થાય છે. અજારક શ્વસનમાં ક્રેબ્સ ચક્ર કે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇનનો સમાવેશ થતો નથી,તેથી તેમાં કણાભસૂત્રની જરૂર પડતી નથી.

(A) એનાબોલિક પ્રક્રિયાઓ,જેમ કે સરળ અણુઓમાંથી જટિલ અણુઓનું સંશ્લેષણ,રાસાયણિક બંધ બનાવવા માટે ઊર્જાના ઇનપુટની જરૂર પડે છે.
આ પ્રક્રિયાઓ ઊર્જાનો વપરાશ કરતી હોવાથી,તેમને શક્તિશોષક (endergonic) પ્રતિક્રિયાઓ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.
બેક્ટેરિયામાં અજારક સંશ્લેષણમાં ઓક્સિજનના ઉપયોગ વિના કોષીય ઘટકોનું નિર્માણ થાય છે,જે એક ઊર્જા-વપરાશ કરતી (endergonic) પ્રક્રિયા છે.

(C) અજારક શ્વસન,જેને આથવણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
ઈસ્ટના કોષોમાં,આલ્કોહોલિક આથવણની પ્રક્રિયા દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર ઈથાઈલ આલ્કોહોલ $(C_2H_5OH)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ $(CO_2)$ માં થાય છે.
તેથી,ઈસ્ટમાં અજારક શ્વસનની અંતિમ નીપજો ઈથાઈલ આલ્કોહોલ અને $CO_2$ છે.

(C) અજારક શ્વસન એ કોષીય શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જે $O_2$ ની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈને ઉર્જા ઉત્પન્ન થાય છે,જેના પરિણામે ઇથેનોલ અને $CO_2$ (યીસ્ટમાં) અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા અંતિમ ઉત્પાદનો બને છે.
અજારક શ્વસનમાં $O_2$ ની જરૂર હોતી નથી,તેથી તે લેવામાં આવતો નથી,અને ચયાપચયના માર્ગના ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
તેથી,સાચું વિધાન એ છે કે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બહાર કાઢવામાં આવે છે.

(B) અજારક શ્વસનનો સૌપ્રથમ અભ્યાસ અને અહેવાલ કોસ્ટિચેવ દ્વારા $1902$ માં આપવામાં આવ્યો હતો.
આ પ્રક્રિયામાં ઈસ્ટ જેવા સજીવોમાં ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝનું વિઘટન થઈને ઊર્જા,ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે.

(B) અજારક શ્વસન (જેમ કે આલ્કોહોલિક આથવણ) દરમિયાન,ગ્લુકોઝનું આંશિક રીતે ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં વિઘટન થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયામાં,$2$ અણુ $ATP$ ચોખ્ખા લાભ તરીકે ઉત્પન્ન થાય છે.
આથવણના તબક્કાઓ દરમિયાન વધુ કોઈ $ATP$ ઉત્પન્ન થતું નથી,તેથી ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ ઉર્જાનો કુલ ચોખ્ખો લાભ $2$ અણુ $ATP$ રહે છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે। યીસ્ટમાં આથવણની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્સેચકીય પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. ${C_{12}}{H_{22}}{O_{11}} + {H_2}O \xrightarrow{\text{Invertase}} {C_6}{H_{12}}{O_6} (\text{ગ્લુકોઝ}) + {C_6}{H_{12}}{O_6} (\text{ફ્રુક્ટોઝ})$
$2$. ${C_6}{H_{12}}{O_6} \xrightarrow{\text{Zymase}} 2{C_2}{H_5}OH + 2C{O_2} + 21 \text{ kcal energy}$
યીસ્ટ સુક્રોઝને ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝમાં તોડવા માટે ઇન્વર્ટેઝનો સ્ત્રાવ કરે છે, પરંતુ આથવણની મુખ્ય પ્રક્રિયા (ગ્લુકોઝનું ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં રૂપાંતર) ઝાયમેઝ નામના ઉત્સેચક સંકુલ દ્વારા થાય છે।

(B) યીસ્ટ દ્વારા ગ્લુકોઝનું આથવણ એ અજારક શ્વસન (anaerobic respiration) ની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,યીસ્ટના કોષો ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નું વિઘટન ઇથાઇલ આલ્કોહોલ $(C_2H_5OH)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માં કરે છે.
તેનું રાસાયણિક સમીકરણ આ મુજબ છે: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP$.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી $C_2H_5OH$ (ઇથાઇલ આલ્કોહોલ) એ સાચી નીપજ છે.

(C) અજારક શ્વસન એ કોષીય શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને ઇથેનોલ $(C_2H_5OH)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ બને છે,જેમાં થોડી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત થાય છે.
આલ્કોહોલિક આથવણ (અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર) માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ: $C_6H_{12}O_6 \to 2C_2H_5OH + 2CO_2 + \text{energy}$ છે.
વિકલ્પ $C$ આ પ્રક્રિયાને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે.

(D) અજારક શ્વસન અથવા આથવણ એ એક ચયાપચયની પ્રક્રિયા છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં શર્કરાનું એસિડ,વાયુઓ અથવા આલ્કોહોલમાં રૂપાંતર કરે છે.
ઈસ્ટમાં,આથવણના પરિણામે ઇથેનોલ $(C_2H_5OH)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ ઉત્પન્ન થાય છે.
ચોક્કસ બેક્ટેરિયા અને પ્રાણીઓના સ્નાયુ કોષોમાં,આથવણના પરિણામે લેક્ટિક એસિડ $(C_3H_6O_3)$ ઉત્પન્ન થાય છે.
તેથી,આથવણની નીપજોમાં આલ્કોહોલ,લેક્ટિક એસિડ અને સમાન કાર્બનિક સંયોજનોનો સમાવેશ થાય છે.

(D) ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં,ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ પાયરુવિક એસિડ અજારક પ્રક્રિયા દ્વારા વિઘટન પામે છે જેને આથવણ કહેવામાં આવે છે.
$1$. ગ્લાયકોલિસિસ કોષરસમાં થાય છે અને પાયરુવિક એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે.
$2$. અજારક પરિસ્થિતિઓમાં (દા.ત. યીસ્ટ અથવા સ્નાયુ કોષોમાં),આ પાયરુવિક એસિડનું અનુક્રમે ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.
$3$. આ સમગ્ર પ્રક્રિયાને સામૂહિક રીતે આથવણ કહેવામાં આવે છે,જે ગ્લાયકોલિસિસ ચાલુ રાખવા માટે જરૂરી $NAD^+$ નું પુનઃનિર્માણ કરવામાં મદદ કરે છે.

(C) યીસ્ટ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝનું વિઘટન કરવા માટે અજારક શ્વસન (આથવણ) કરે છે.
આ પ્રક્રિયા માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + \text{Energy}$ છે.
સમીકરણમાં દર્શાવ્યા મુજબ, મળતી નીપજો ઇથેનોલ $(C_2H_5OH)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ છે.

(D) $O_2$ ની ગેરહાજરીમાં થતી શ્વસન પ્રક્રિયાને અજારક શ્વસન અથવા આથવણ કહેવામાં આવે છે.
$Saccharomyces$ (ઈસ્ટ) એ વૈકલ્પિક અજારક સજીવ છે,જેનો અર્થ છે કે તે $O_2$ ની ગેરહાજરીમાં ઈથેનોલ અને $CO_2$ ઉત્પન્ન કરવા માટે આથવણની પ્રક્રિયા કરી શકે છે.
ક્લોરેલા એક લીલ છે,જ્યારે સોલેનમ અને સેકેરમ વનસ્પતિઓ છે,જે તમામ જારક સજીવો છે અને તેમને શ્વસન માટે $O_2$ ની જરૂર પડે છે.

(A) સાયનાઇડ એક ઘાતક ઝેર છે જે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇન $(ETC)$ ના સાયટોક્રોમ ઓક્સિડેઝ ઉત્સેચકની પ્રવૃત્તિને અવરોધે છે.
જારક શ્વસનમાં,$ATP$ ના ઉત્પાદન માટે $ETC$ આવશ્યક છે. સાયનાઇડ આ શૃંખલાને અવરોધતું હોવાથી,જારક શ્વસન અટકી જાય છે.
તેનાથી વિપરીત,અજારક શ્વસન (આથવણ) માં $ETC$ કે સાયટોક્રોમ ઓક્સિડેઝનો સમાવેશ થતો નથી. તેથી,તે સાયનાઇડ પ્રતિરોધક પથ ગણાય છે.

(A) સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કાર્બનિક સંયોજનોનું આલ્કોહોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા સરળ પદાર્થોમાં રૂપાંતર કરવાની પ્રક્રિયાને આથવણ (Fermentation) કહેવામાં આવે છે.
ચોક્કસપણે,યીસ્ટ જેવા કેટલાક સૂક્ષ્મજીવોમાં,પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર ઇથેનોલ અને $CO_2$ માં થાય છે.
જોકે લેક્ટિક એસિડ આથવણ લેક્ટિક એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે,પરંતુ આલ્કોહોલ જેવા ઉત્પાદનોમાં સબસ્ટ્રેટના અજારક વિઘટન સાથે સંકળાયેલી વ્યાપક જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાને આથવણ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે.
એક્સટિંક્શન પોઈન્ટ એટલે ઓક્સિજનની તે ચોક્કસ સાંદ્રતા કે જ્યાં અજારક શ્વસનનો દર શૂન્ય થઈ જાય છે અને જારક શ્વસનનો દર મહત્તમ હોય છે.
આ બિંદુએ,$RQ$ (શ્વસનાંક) નું મૂલ્ય એક $(1.0)$ થાય છે.
મોટાભાગની વનસ્પતિ પેશીઓ માટે,આ એક્સટિંક્શન પોઈન્ટ આશરે $2\%\, O_2$ ની સાંદ્રતાએ જોવા મળે છે.

(A) આથવણ એ અજારક પ્રક્રિયા છે જેમાં યીસ્ટ જેવા સૂક્ષ્મજીવો શર્કરા (મુખ્યત્વે ગ્લુકોઝ) નું વિઘટન કરીને ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા નીચે મુજબ છે: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + \text{Energy}$.
તેથી, આલ્કોહોલ શર્કરામાંથી બને છે.

(A) આલ્કોહોલિક આથવણની પ્રક્રિયામાં,પાયરુવિક એસિડનું સૌપ્રથમ પાયરુવિક એસિડ ડીકાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક અને સહ-કારક $TPP$ (થાયમિન પાયરોફોસ્ફેટ) ની હાજરીમાં એસીટાલ્ડિહાઈડ અને $CO_2$ માં ડીકાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
ત્યારબાદ,એસીટાલ્ડિહાઈડનું આલ્કોહોલ ડીહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા $NADH + H^+$ નો ઉપયોગ કરીને ઈથાઈલ આલ્કોહોલમાં રિડક્શન થાય છે.
પ્રશ્નમાં ખાસ કરીને $TPP$ અને કાર્બોક્સિલેઝની હાજરીમાં પાયરુવિક એસિડના રૂપાંતરણનો ઉલ્લેખ હોવાથી,તેના તાત્કાલિક ઉત્પાદનો એસીટાલ્ડિહાઈડ અને $CO_2$ છે.

(B) આથવણ એ અજારક પ્રક્રિયા છે જેમાં યીસ્ટ જેવા સૂક્ષ્મજીવો ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં શર્કરાનું વિઘટન કરે છે。
આલ્કોહોલિક આથવણમાં, રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 + \text{Energy}$.
સમીકરણમાં દર્શાવ્યા મુજબ, આડપેદાશ તરીકે $CO_2$ વાયુ મુક્ત થાય છે。
જ્યારે આ પ્રક્રિયા બંધ પાત્રમાં થાય છે, ત્યારે $CO_2$ વાયુના એકત્રીકરણને કારણે પાત્રની અંદર ગેસનું દબાણ વધે છે。

(B) આલ્કોહોલ આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા $2$ અણુ પાયરુવિક એસિડમાં વિઘટન થાય છે,જે $NADH + H^+$ ઉત્પન્ન કરે છે.
ત્યારબાદના તબક્કાઓમાં,પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર એસીટાલ્ડિહાઇડમાં થાય છે,જે અંતિમ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે કાર્ય કરે છે.
એસીટાલ્ડિહાઇડ $NADH + H^+$ (જે ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટના ઓક્સિડેશનથી ઉદ્ભવે છે) પાસેથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારીને ઇથેનોલમાં રિડક્શન પામે છે.
તેથી,ટ્રાયોઝ ફોસ્ફેટ ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે (પરોક્ષ રીતે $NADH$ દ્વારા) અને એસીટાલ્ડિહાઇડ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે કાર્ય કરે છે.

(C) અજારક શ્વસન (આથવણ) માં,ગ્લુકોઝનો એક અણુ ગ્લાયકોલિસિસમાંથી પસાર થઈને ચોખ્ખો $2$ $ATP$ અણુઓનો લાભ આપે છે.
અજારક પરિસ્થિતિમાં $38$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી ગ્લુકોઝના અણુઓની સંખ્યા નીચે મુજબ ગણવામાં આવે છે:
$\text{ગ્લુકોઝના અણુઓની સંખ્યા} = \frac{\text{કુલ જરૂરી ATP}}{\text{પ્રતિ ગ્લુકોઝ ઉત્પન્ન થતા ATP}} = \frac{38}{2} = 19$.
તેથી,$19$ ગ્લુકોઝના અણુઓની જરૂર પડે છે.

(C) પ્રાણીઓમાં,જ્યારે સ્નાયુ કોષોમાં ઓક્સિજનનો પુરવઠો અપૂરતો હોય ત્યારે તીવ્ર શારીરિક પ્રવૃત્તિ દરમિયાન અજારક શ્વસન થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને લેક્ટિક એસિડ બને છે અને થોડી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત થાય છે. તેથી,સાચો જવાબ લેક્ટિક એસિડ છે.

(B) પૃથ્વીનું આદિ વાતાવરણ રિડક્શનકર્તા હતું અને તેમાં મુક્ત આણ્વિક ઓક્સિજન $(O_2)$ નો અભાવ હતો.
તેથી,સૌથી પહેલા જીવંત સજીવોએ કાર્બનિક અણુઓમાંથી ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે અજારક શ્વસન પર આધાર રાખવો પડ્યો હતો.
જારક શ્વસન સાયનોબેક્ટેરિયા જેવા પ્રકાશસંશ્લેષી સજીવોની પ્રવૃત્તિને કારણે વાતાવરણમાં ઓક્સિજનના સંચય પછી ઘણું મોડું વિકસિત થયું હતું.

(D) અજારક શ્વસન એ એવી પ્રક્રિયા છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
$Glycolysis$ (જેને $EMP$ પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) એ જારક અને અજારક બંને પ્રકારના શ્વસનનું પ્રથમ સોપાન છે.
શુગર એસિડ આથવણ એ અજારક પ્રક્રિયાનો એક પ્રકાર છે.
$CA$ ચક્ર,જેને $Citric$ $Acid$ ચક્ર અથવા $Krebs$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે માત્ર ઓક્સિજનની હાજરીમાં કણાભસૂત્રના આધારકમાં થાય છે.
તેથી,$CA$ ચક્ર અજારક શ્વસનને લાગુ પડતું નથી.

(D) અજારક શ્વસન એ કોષીય શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે જેથી ઊર્જા,ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (યીસ્ટમાં) અથવા લેક્ટિક એસિડ (સ્નાયુ કોષોમાં) ઉત્પન્ન થાય છે.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડ આ ચયાપચયની પ્રક્રિયાની આડપેદાશ હોવાથી,તે સજીવ દ્વારા બહાર કાઢવામાં આવે છે.

(C) ઓક્સિજન ડેબ્ટ એટલે તીવ્ર કસરત પછી શરીરને આરામની સ્થિતિમાં લાવવા માટે જરૂરી વધારાનો ઓક્સિજન.
તીવ્ર કસરત દરમિયાન,$ATP$ ની માંગ જારક શ્વસનના દર કરતા વધી જાય છે,જેના કારણે સ્નાયુઓમાં અજારક ગ્લાયકોલિસિસ થાય છે અને લેક્ટિક એસિડ ઉત્પન્ન થાય છે.
કસરત પછી,આ જમા થયેલા લેક્ટિક એસિડને યકૃતમાં લઈ જવું પડે છે,જ્યાં તેનું ગ્લુકોઝ અથવા ગ્લાયકોજનમાં રૂપાંતર થાય છે,જે પ્રક્રિયા માટે ઓક્સિજનની જરૂર પડે છે.
તેથી,ઓક્સિજન ડેબ્ટનું નિર્માણ એ પુરાવો છે કે અજારક પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ લેક્ટિક એસિડનું ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગ્લાયકોજનમાં રૂપાંતર કરી શકાય છે.

(A) અજારક શ્વસનમાં,પાયરુવેટ બે પ્રકારના અપૂર્ણ રિડક્શનમાંથી પસાર થાય છે.
એક કિસ્સામાં,તે ઇથાઇલ આલ્કોહોલના ઉત્પાદનમાં પરિણમે છે (યીસ્ટમાં).
બીજા કિસ્સામાં,તે લેક્ટિક એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે (સ્નાયુ કોષોમાં).
તેથી,સ્નાયુ કોષોમાં,પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજેનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.

(A) અજારક શ્વસન (આથવણ) દરમિયાન,ગ્લુકોઝ કોષરસમાં ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસમાં પ્રતિ ગ્લુકોઝ અણુ દીઠ $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ થાય છે.
ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં પાયરુવેટનું વધુ ઓક્સિડેશન થતું નથી,તેથી વધારાના $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી.
તેથી,અજારક શ્વસનમાં $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ $2$ છે.

(D) વધારે પડતી કસરત દરમિયાન,સ્નાયુ કોષોમાં $ATP$ ની માંગ નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.
જ્યારે ઓક્સિજનનો પુરવઠો જારક શ્વસન દ્વારા આ માંગને પહોંચી વળવા માટે અપૂરતો હોય છે,ત્યારે સ્નાયુ કોષો અજારક શ્વસન તરફ વળે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજેનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.
આનાથી $NADH$ માંથી $NAD^+$ નું પુનઃનિર્માણ થાય છે,જે ગ્લાયકોલિસિસને ચાલુ રાખવા અને કાર્યરત સ્નાયુઓને થોડા પ્રમાણમાં $ATP$ પૂરા પાડવા માટે સક્ષમ બનાવે છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
પટ્ટીકૃમિ (જેમ કે $Taenia$ $solium$) અંતઃપરજીવી છે જે યજમાનના આંતરડામાં રહે છે.
આ વાતાવરણમાં ઓક્સિજન કાં તો ગેરહાજર હોય છે અથવા ખૂબ જ ઓછી સાંદ્રતામાં ઉપલબ્ધ હોય છે.
તેથી,પટ્ટીકૃમિઓએ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે અજારક શ્વસન (એનોક્સિબાયોસિસ) કરવાની ક્ષમતા કેળવી છે.

(B) સખત કસરત દરમિયાન,સ્નાયુઓ દ્વારા $O_2$ ની માંગ શ્વસન અને રુધિરાભિસરણ તંત્ર દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતા દર કરતા વધી જાય છે.
આ ઉર્જાની માંગને પહોંચી વળવા માટે,સ્નાયુઓ અજારક શ્વસન કરે છે,જેના પરિણામે લેક્ટિક એસિડનો સંગ્રહ થાય છે.
કસરત પછી,શરીર જમા થયેલા લેક્ટિક એસિડનું ચયાપચય કરવા અને ઉર્જાના ભંડાર ($ATP$ અને ક્રિએટાઇન ફોસ્ફેટ) ને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે વધારાનો $O_2$ વાપરવાનું ચાલુ રાખે છે.
આરામની સ્થિતિમાં પાછા ફરવા માટે શરીરને જરૂરી આ વધારાના $O_2$ ના જથ્થાને $O_2$ નું દેવું ($O_2$ debt) કહેવામાં આવે છે.

(A) શર્કરા આથવણની પ્રક્રિયા એ અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર છે.
અજારક શ્વસનમાં,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને લેક્ટિક એસિડ (કેટલાક બેક્ટેરિયા અને સ્નાયુ તંતુઓમાં) અથવા ઇથાઇલ આલ્કોહોલ અને $CO_2$ (યીસ્ટના કોષોમાં) બને છે.
આ જૈવ રાસાયણિક પથ રાસાયણિક રીતે શર્કરામાં જોવા મળતી આથવણની પ્રક્રિયા જેવો જ છે.

(B) સંપૂર્ણ સ્પ્રિન્ટ દરમિયાન,શરીર મુખ્યત્વે અજારક શ્વસન પર આધાર રાખે છે કારણ કે $ATP$ ની માંગ જારક શ્વસન દ્વારા પૂરી કરી શકાતી નથી.
આના પરિણામે અજારક માર્ગ દ્વારા ગ્લુકોઝનું ઝડપથી લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.
સ્નાયુ તંતુઓમાં લેક્ટિક એસિડનો ભરાવો થવાથી $pH$ ઘટે છે,જે સ્નાયુઓના સંકોચનમાં અવરોધ ઉભો કરે છે અને સ્નાયુઓનો થાક પ્રેરે છે.
પરિણામે,શરીર આટલી ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળી પ્રવૃત્તિને લગભગ $40$ સેકન્ડથી વધુ સમય સુધી ટકાવી શકતું નથી.