Anaerobic respiration Questions in Gujarati

(C) હર્ડલ રેસ જેવી તીવ્ર શારીરિક પ્રવૃત્તિઓ દરમિયાન,પગના સ્નાયુઓમાં $ATP$ ની માંગ એરોબિક શ્વસન માટે પૂરા પાડવામાં આવતા ઓક્સિજનના દર કરતા વધી જાય છે.
પરિણામે,સ્નાયુ કોષો અજારક શ્વસન (લેક્ટિક એસિડ આથવણ) તરફ વળે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,પાયરુવેટનું રૂપાંતર લેક્ટેટ (લેક્ટિક એસિડ) માં થાય છે.
સ્નાયુ પેશીઓમાં લેક્ટેટનો ભરાવો સ્નાયુઓના થાક અને દુખાવાનું કારણ બને છે.

(A) અજારક શ્વસન એ કોષીય શ્વસનની પ્રક્રિયા છે જે ઓક્સિજન $(O_2)$ ની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
તે મુખ્યત્વે નિમ્ન કક્ષાના સજીવો જેવા કે બેક્ટેરિયા અને ફૂગ (દા.ત.,યીસ્ટ) માં જોવા મળે છે.
આ સજીવોમાં,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈને ઇથેનોલ અને $CO_2$ અથવા લેક્ટિક એસિડ ઉત્પન્ન થાય છે,જેમાંથી ઓછી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત થાય છે.

(B) આલ્કોહોલિક આથવણ એ એક જૈવિક પ્રક્રિયા છે જેમાં ગ્લુકોઝ, ફ્રુક્ટોઝ અને સુક્રોઝ જેવી શર્કરાઓનું કોષીય ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે અને તેના પરિણામે ચયાપચયની આડપેદાશ તરીકે ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $Zymase$ (ઝાયમેઝ) નામના ઉત્સેચક સંકુલ દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે, જે કુદરતી રીતે યીસ્ટ $(Saccharomyces \text{ } cerevisiae)$ માં જોવા મળે છે.

(C) કસરત દરમિયાન,જ્યારે સ્નાયુ કોષોમાં કોષીય શ્વસન માટે $O_{2}$ નો પુરવઠો અપૂરતો હોય છે,ત્યારે કોષો અજારક શ્વસન કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે,જેમાં $NADH + H^+$ નો રિડક્શનકર્તા તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

(A) આથવણ એ એક અજારક પ્રક્રિયા છે જે ગ્લુકોઝનું ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા ઉત્પાદનોમાં આંશિક વિઘટન કરે છે.
તેનાથી વિપરીત,જારક શ્વસનમાં ગ્લુકોઝનું $CO_{2}$ અને $H_{2}O$ માં સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે.

(A) અજારક શ્વસનમાં,અમુક બેક્ટેરિયા લેક્ટિક એસિડ આથવણની પ્રક્રિયા કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં,લેક્ટેટ ડીહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચકની મદદથી પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે,જેમાં $NADH + H^+$ ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) ગ્લુકોઝના અણુના આથવણ દરમિયાન,પ્રક્રિયા ગ્લાયકોલિસિસથી શરૂ થાય છે,જે $2$ અણુ પાયરુવિક એસિડ,$2$ $NADH$ અને $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ આપે છે.
અજારક સ્થિતિમાં (આથવણ),આ પાયરુવિક એસિડના અણુઓ ઇથેનોલ અને $CO_{2}$ (આલ્કોહોલિક આથવણમાં) અથવા લેક્ટિક એસિડ (લેક્ટિક એસિડ આથવણમાં) માં રૂપાંતરિત થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $NADH$ પાયરુવિક એસિડના રિડક્શન માટે વપરાઈ જાય છે,તેથી આથવણના તબક્કાઓ દરમિયાન કોઈ વધારાના $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી.
તેથી,ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ ચોખ્ખો લાભ $2$ $ATP$ અણુઓ જ રહે છે.
આલ્કોહોલિક આથવણ માટેની એકંદર પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $C_{6}H_{12}O_{6} + 2ADP + 2Pi \rightarrow 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2} + 2ATP$.

(B) ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં,યીસ્ટ અજારક શ્વસન કરે છે,જેને આથવણ (fermentation) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ વિઘટન થઈને ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બને છે અને થોડી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત થાય છે.
આ પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$C_{6}H_{12}O_{6} \xrightarrow{\text{Zymase}} 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2} + \text{Energy}$
આમ,અંતિમ નીપજો ઇથેનોલ $(C_{2}H_{5}OH)$,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_{2})$ અને ઉર્જા છે.

(A) લુઈસ પાશ્ચરે અવલોકન કર્યું હતું કે યીસ્ટના કોષો હવામાં ઝડપથી વૃદ્ધિ પામે છે પરંતુ ઓછી શર્કરાનો ઉપયોગ કરે છે અને ઓછો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને ઇથેનોલ ઉત્પન્ન કરે છે.
અજારક પરિસ્થિતિઓમાં,તેઓ ધીમી વૃદ્ધિ પામે છે પરંતુ વધુ શર્કરાનો ઉપયોગ કરે છે અને વધુ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને ઇથેનોલ ઉત્પન્ન કરે છે.
ઓક્સિજનની હાજરીમાં કાર્બોદિતોના વિઘટન અને ઇથેનોલના ઉત્પાદનને અવરોધવાની આ ઘટનાને પાશ્ચર અસર (Pasteur effect) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
જૈવરાસાયણિક રીતે,પાશ્ચર અસર એ ઓક્સિજનની હાજરીમાં ફોસ્ફોફ્રુક્ટોકાઈનેઝ (phosphofructokinase) ઉત્સેચકનું એલોસ્ટેરિક અવરોધન છે.

(A) અજારક શ્વસન (આથવણ) દરમિયાન,ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા થાય છે,જે ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ આપે છે.
અહીં $4$ અણુ ગ્લુકોઝ અજારક શ્વસન પામે છે,તેથી $ATP$ નો કુલ ચોખ્ખો લાભ $4 \times 2 = 8$ $ATP$ અણુઓ થાય છે.
તેથી,સાચો જવાબ $8$ $ATP$ છે.

(A) લેક્ટિક એસિડ આથવણ એ અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ પાયરુવિક એસિડનું $NADH$ દ્વારા રિડક્શન થઈને લેક્ટિક એસિડ બને છે.
આ પ્રક્રિયા લેક્ટેટ ડીહાઈડ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
આ પ્રક્રિયા કેટલાક બેક્ટેરિયામાં અને પ્રાણીઓના સ્નાયુ કોષોમાં જ્યારે ઓક્સિજનનો પુરવઠો મર્યાદિત હોય ત્યારે સખત કસરત દરમિયાન જોવા મળે છે.

(B) આથવણની પ્રક્રિયામાં,$NADH$ નું $NAD^+$ માં ઓક્સિડેશન ધીમા દરે થાય છે.
આનું કારણ એ છે કે આથવણ એ અજારક શ્વસન પ્રક્રિયા છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇનનો અભાવ હોય છે,જ્યારે જારક શ્વસનમાં $NADH$ નું ઓક્સિડેશન ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે.

(B) અજારક શ્વસનમાં,જે $O_{2}$ ની ગેરહાજરીમાં થાય છે,તેમાં ગ્લાયકોલિસિસ અને ત્યારબાદ આથવણની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસ એ પ્રથમ તબક્કો છે જેમાં ગ્લુકોઝનું પાઈરુવિક એસિડમાં વિઘટન થાય છે.
આથવણ દરમિયાન ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે,જેમાં પાઈરુવિક એસિડનું રૂપાંતર $CO_{2}$ અને ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ જેવા નીપજોમાં થાય છે,જેમાં $TCA$ ચક્ર કે ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશનનો સમાવેશ થતો નથી.

(D) અજારક શ્વસન (આથવણ) માં,ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા $2$ $NADH + H^{+}$ અણુઓનો ઉપયોગ પાયરુવેટને ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,$NADH + H^{+}$ એ પાયરુવેટને અંતિમ આથવણ ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે રિડક્શન કર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,આ $NADH + H^{+}$ અણુઓ $ATP$ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇનમાં પ્રવેશતા નથી અને તેના બદલે રિડક્શન પ્રક્રિયામાં વપરાઈ જાય છે,જેના પરિણામે તેમાંથી કોઈ ચોખ્ખો $ATP$ લાભ મળતો નથી.

(B) અજારક શ્વસન એ એવી પ્રક્રિયા છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લાયકોલિસિસ અને ત્યારબાદના આથવણના તબક્કાઓ સહિતની તમામ પ્રતિક્રિયાઓ કોષના કોષરસમાં જ થાય છે. જારક શ્વસનથી વિપરીત,તેમાં કણાભસૂત્રનો સમાવેશ થતો નથી.

(D) અજારક શ્વસન (આથવણ) એ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગ્લુકોઝના વિઘટનની પ્રક્રિયા છે.
યીસ્ટ જેવા ઘણા સજીવોમાં,પાયરુવિક એસિડનું આલ્કોહોલિક આથવણ દ્વારા ઇથાઇલ આલ્કોહોલ $(C_2H_5OH)$ અને $CO_2$ માં રૂપાંતર થાય છે.
કેટલાક બેક્ટેરિયા અને પ્રાણીઓના સ્નાયુ કોષોમાં,પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડ આથવણ દ્વારા લેક્ટિક એસિડ $(C_3H_6O_3)$ માં રૂપાંતર થાય છે.
તેથી,અજારક શ્વસનની નીપજો સજીવ અને થતી આથવણની પ્રક્રિયાના પ્રકારને આધારે ઇથાઇલ આલ્કોહોલ અને $CO_2$,અથવા લેક્ટિક એસિડ હોઈ શકે છે.

(C) અજારક શ્વસન એ કોષીય શ્વસનનો એક પ્રકાર છે જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થાય છે.
યીસ્ટ જેવા ઘણા સૂક્ષ્મજીવોમાં,અંતિમ ઉત્પાદન ઇથાઇલ આલ્કોહોલ $(C_2H_5OH)$ અને $CO_2$ છે.
પ્રાણીઓના સ્નાયુ કોષોમાં સખત કસરત દરમિયાન,અંતિમ ઉત્પાદન લેક્ટિક એસિડ $(C_3H_6O_3)$ છે.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,લેક્ટિક એસિડ એ અજારક શ્વસનનું એક જાણીતું અંતિમ ઉત્પાદન છે.

(B) ઇથાઇલ આલ્કોહોલ આથવણ (fermentation) માં,પ્રક્રિયા ગ્લાયકોલિસિસ પછી શરૂ થાય છે,જેમાં પાયરુવિક એસિડ ઉત્પન્ન થાય છે.
પ્રથમ તબક્કામાં પાયરુવિક એસિડ $(CH_3COCOOH)$ નું એસીટાલ્ડિહાઇડ $(CH_3CHO)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માં રૂપાંતર થાય છે.
આ પ્રક્રિયા પાયરુવિક એસિડ ડીકાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
જેহেতু પાયરુવિક એસિડમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો એક અણુ દૂર થાય છે,તેથી આ પ્રક્રિયાને ડીકાર્બોક્સિલેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $2CH_3COCOOH \xrightarrow{\text{pyruvic acid decarboxylase}} 2CH_3CHO + 2CO_2$.

(C) વધારે પડતી કસરત દરમિયાન,સ્નાયુઓને $O_2$ ની માંગમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે. જ્યારે સ્નાયુ કોષોની ઉર્જાની જરૂરિયાત પૂરી કરવા માટે $O_2$ નો પુરવઠો અપૂરતો બને છે,ત્યારે તેઓ અજારક ચયાપચય (anaerobic pathway) અપનાવે છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝનું વિઘટન થઈને લેક્ટિક એસિડ બને છે,જે સ્નાયુઓમાં જમા થાય છે અને તેના કારણે થાક અને ખેંચાણ અનુભવાય છે.

(B) ગ્લાયકોલિસિસના પથમાં,$3$-phosphoglyceric acid નું રૂપાંતર $2$-phosphoglycerate માં થાય છે,જે ત્યારબાદ Pyruvate માં રૂપાંતરિત થતા પહેલા Phosphoenol pyruvate $(PEP)$ બનાવે છે.
અજારક શ્વસન (આથવણ) ના પથમાં,Pyruvate નું રૂપાંતર યીસ્ટમાં Ethyl alcohol (ઇથેનોલ) અને $CO_2$ માં અથવા સ્નાયુઓમાં Lactic acid માં થાય છે. $NADH + H^+$ નું $NAD^+$ માં રૂપાંતર થવાનો તબક્કો Pyruvate ના Ethyl alcohol માં રિડક્શનને સૂચવે છે.
તેથી,$(i)$ એ Phosphoenol pyruvate છે અને $(ii)$ એ Ethyl alcohol છે.

(D) આથવણ એ એક અજારક પ્રક્રિયા છે જેમાં ગ્લુકોઝનું ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં આંશિક વિઘટન થાય છે. વિકલ્પ $A$ સાચો છે કારણ કે તે આંશિક વિઘટન છે. વિકલ્પ $B$ સાચો છે કારણ કે ગ્લાયકોલિસિસમાં ચોખ્ખા $2ATP$ મળે છે. વિકલ્પ $C$ સાચો છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમની તુલનામાં આથવણમાં $NAD^+$ નું પુનઃનિર્માણ ધીમું હોય છે. વિકલ્પ $D$ ખોટો છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ અને ક્રેબ્સ ચક્ર એ જારક શ્વસનના ભાગો છે,આથવણના નહીં.

(B) ઇથાઈલ આલ્કોહોલ આથવણ બે મુખ્ય તબક્કામાં થાય છે.
પ્રથમ તબક્કામાં,પાયરુવિક એસિડ $(CH_3COCOOH)$ નું રૂપાંતર પાયરુવેટ ડીકાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા એસીટાલ્ડિહાઈડ $(CH_3CHO)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માં થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં પાયરુવેટમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડના અણુને દૂર કરવામાં આવે છે,જેને ડીકાર્બોક્સિલેશન કહેવામાં આવે છે.
તેથી,ઇથાઈલ આલ્કોહોલ આથવણના પ્રથમ તબક્કા માટે ડીકાર્બોક્સિલેશન જરૂરી છે.

(A) આથવણની પ્રક્રિયામાં,$NADH$ નું $NAD^+$ માં ઓક્સિડેશન એ જારક શ્વસનની તુલનામાં ધીમી પ્રક્રિયા છે. ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા ચાલુ રાખવા માટે $NAD^+$ નું પુનઃનિર્માણ કરવું આવશ્યક છે,જે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં આથવણ દ્વારા થાય છે. ખાસ કરીને,લેક્ટિક એસિડ આથવણમાં,$NADH$ નું ઓક્સિડેશન $NAD^+$ માં થાય છે અને પાયરુવેટનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.

(C) $O_2$ ની હાજરીમાં,$NADH_2$ એ $ETS$ માં ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે.
જો કે,$O_2$ ની ગેરહાજરીમાં (અજારક સ્થિતિમાં),$NADH_2$ નો ઉપયોગ પાયરુવેટ અથવા એસીટાલ્ડિહાઈડનું લેક્ટિક એસિડ અથવા ઇથેનોલ જેવા ઉત્પાદનોમાં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે.
તેથી,તે સબસ્ટ્રેટને ઇલેક્ટ્રોન/હાઇડ્રોજન આપીને રિડક્શનકર્તા (Reducing agent) તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) પાશ્ચર અસર એ એવી ઘટના છે જેમાં સામાન્ય રીતે અજારક શ્વસન કરતા કોષોમાં $O_2$ ની હાજરીને કારણે ગ્લાયકોલિસિસ (શર્કરાનું વિઘટન) નો દર અવરોધાય છે અથવા ધીમો પડે છે.
આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે ઓક્સિજનની હાજરીમાં,કોષો આથવણમાંથી વધુ કાર્યક્ષમ જારક શ્વસન તરફ સ્વિચ કરે છે,જે ગ્લુકોઝના દરેક અણુ દીઠ વધુ $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે,જેનાથી શર્કરાના વપરાશના ઊંચા દરની જરૂરિયાત ઘટી જાય છે.

(C) આલ્કોહોલિક આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈને ઇથેનોલ અને $CO_2$ બને છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થતી ઊર્જા જારક શ્વસનની તુલનામાં ખૂબ જ ઓછી હોય છે.
ગ્લુકોઝના એક અણુ દીઠ માત્ર $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ મળે છે.
આ ઊર્જાનું પ્રમાણ ગ્લુકોઝમાં સંગ્રહિત કુલ ઊર્જાના $7 \%$ કરતા ઓછું હોય છે,કારણ કે મોટાભાગની ઊર્જા ઉત્પન્ન થયેલા ઇથેનોલના રાસાયણિક બંધોમાં જળવાઈ રહે છે.

(C) જારક શ્વસનમાં,ગ્લુકોઝનું સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈને $CO _{2}$ અને $H _{2}O$ મુક્ત થાય છે.
આલ્કોહોલિક આથવણમાં (અજારક શ્વસનનો એક પ્રકાર),ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર ઇથેનોલ અને $CO _{2}$ માં થાય છે.
લેક્ટિક એસિડ આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર $CO _{2}$ મુક્ત થયા વગર લેક્ટિક એસિડમાં થાય છે.
તેથી,લેક્ટિક એસિડ આથવણ દરમિયાન $CO _{2}$ મુક્ત થતો નથી.

(B) પુખ્ત સસ્તન રક્તકણો $(RBCs)$ માં કોષીય અંગિકાઓ જેવી કે કણાભસૂત્ર અને કોષકેન્દ્રનો અભાવ હોય છે. કણાભસૂત્ર એ જારક શ્વસન માટેનું મુખ્ય સ્થાન હોવાથી,તેની ગેરહાજરીને કારણે પુખ્ત $RBCs$ માં માત્ર અજારક શ્વસન દ્વારા જ $ATP$ ઉત્પન્ન થાય છે.

(A) તીવ્ર કસરત દરમિયાન,સ્નાયુ કોષોને મળતો ઓક્સિજનનો પુરવઠો જારક શ્વસન માટે અપૂરતો બને છે. આ અજારક પરિસ્થિતિઓમાં,સ્નાયુ કોષો ગ્લાયકોલિસિસ અને ત્યારબાદ આથવણની પ્રક્રિયા દ્વારા સંગ્રહિત ગ્લાયકોજનનું લેક્ટિક એસિડમાં વિઘટન કરે છે. આ પ્રક્રિયા કોરી ચક્રનો એક ભાગ છે,જેમાં સ્નાયુ ગ્લાયકોજન લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે,જે પછી યકૃતમાં પરિવહન પામીને ફરીથી ગ્લુકોઝ અથવા ગ્લાયકોજનમાં ફેરવાય છે.

(C) યકૃતમાં,સ્નાયુઓના અજારક શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા લેક્ટિક એસિડના $80\%$ ભાગનું ગ્લુકોનિયોજેનેસિસ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયા દ્વારા ફરીથી ગ્લાયકોજનમાં રૂપાંતર થાય છે.
આ સમગ્ર ચયાપચયની પથ,જેમાં સ્નાયુઓ અને યકૃત વચ્ચે લેક્ટેટનું ચક્ર ચાલે છે,તેને 'કોરી સાયકલ' (લેક્ટિક એસિડ સાયકલ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(D) પૃથ્વીનું આદિ વાતાવરણ રિડ્યુસિંગ (રિડક્શનકર્તા) પ્રકારનું હતું અને તેમાં મુક્ત આણ્વિય ઓક્સિજન $(O_2)$ નો અભાવ હતો.
ઓક્સિજનની ગેરહાજરીને કારણે,પ્રથમ સજીવો અજારક હોવા જોઈએ,જેઓ કાર્બનિક અણુઓમાંથી ઉર્જા મેળવવા માટે અજારક શ્વસન પર આધાર રાખતા હતા.
જારક શ્વસનનો વિકાસ વાતાવરણમાં મુક્ત ઓક્સિજનના સંચય પછી જ થયો,જે મુખ્યત્વે પ્રકાશસંશ્લેષી સાયનોબેક્ટેરિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થયો હતો.

(B) મનુષ્યોમાં,તીવ્ર શારીરિક કસરત દરમિયાન,$O_{2}$ ની માંગ પુરવઠા કરતા વધી જાય છે,જેના કારણે અછત સર્જાય છે. આ અજારક પરિસ્થિતિઓમાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.
$(b)$ યીસ્ટમાં,અજારક શ્વસન (આથવણ) $O_{2}$ ની સંપૂર્ણ ગેરહાજરીમાં થાય છે. પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર પાયરુવિક એસિડ ડીકાર્બોક્સિલેઝ અને આલ્કોહોલ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચકોની મદદથી $CO_{2}$ અને ઇથેનોલમાં થાય છે.

(C) લેક્ટિક એસિડ આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું લેક્ટિક એસિડમાં અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા અજારક છે અને ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ માત્ર $2$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
ગ્લુકોઝના એક અણુમાં ઉપલબ્ધ કુલ ઉર્જા ઘણી વધારે હોવાથી (જારક શ્વસનમાં $36-38$ $ATP$ ની સમકક્ષ),આથવણ દરમિયાન મુક્ત થતી ઉર્જા ખૂબ જ ઓછી હોય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ગ્લુકોઝમાં રહેલી ઉર્જાના $7\%$ કરતા પણ ઓછી ઉર્જા $ATP$ સ્વરૂપે મુક્ત થાય છે.

(A) માનવ કંકાલ સ્નાયુ કોષોમાં,જ્યારે સખત કસરત દરમિયાન ઓક્સિજનનો પુરવઠો મર્યાદિત હોય છે,ત્યારે અજારક શ્વસન (લેક્ટિક એસિડ આથવણ) થાય છે,જે $P -$ લેક્ટિક એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે.
યીસ્ટના કોષોમાં,અજારક શ્વસન (આલ્કોહોલિક આથવણ) થાય છે,જે આડપેદાશ તરીકે $Q -$ ઈથેનોલ અને $CO_2$ ઉત્પન્ન કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $P -$ લેક્ટિક એસિડ અને $Q -$ ઈથેનોલ,$CO_2$ છે.

(B) વધારે પડતી કસરત દરમિયાન, સ્નાયુકોષોમાં $ATP$ ની માંગ નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.
જ્યારે આ માંગને પહોંચી વળવા માટે ઓક્સિજનનો પુરવઠો અપૂરતો બને છે, ત્યારે સ્નાયુકોષો જારક શ્વસનમાંથી અજારક શ્વસન તરફ વળે છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો, તેઓ $Lactic$ $acid$ $fermentation$ (લેક્ટિક એસિડ આથવણ) પ્રક્રિયા કરે છે, જેમાં લેક્ટેટ ડીહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચકની મદદથી પાયરુવેટનું લેક્ટિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.
આ પ્રક્રિયા કોષોને $NAD^+$ પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે જેથી ગ્લાયકોલિસિસ ચાલુ રહી શકે અને ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં થોડા પ્રમાણમાં $ATP$ ઉત્પન્ન થઈ શકે.

(A) આથવણ એ અજારક શ્વસન પ્રક્રિયા છે જેમાં ગ્લુકોઝનું ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝના રાસાયણિક બંધોમાં રહેલી ઊર્જા સંપૂર્ણપણે $ATP$ સ્વરૂપે મુક્ત થતી નથી.
આથવણ દરમિયાન ગ્લુકોઝમાં રહેલી ઊર્જાનો ખૂબ જ નાનો ભાગ મુક્ત થાય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,ગ્લુકોઝમાં રહેલી ઊર્જાના $7 \%$ થી ઓછી ઊર્જા મુક્ત થાય છે અને તે બધી જ ઊર્જા $ATP$ ના ઉચ્ચ-ઊર્જા બંધોમાં સંગ્રહિત થતી નથી.

(D) અજારક શ્વસનના આપેલ પરિપથમાં:
$1$. ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરિક એસિડમાં અને ત્યારબાદ ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવિક એસિડમાં થાય છે.
$2$. ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવિક એસિડ $P$ (પાયરુવિક એસિડ) માં રૂપાંતરિત થાય છે.
$3$. પાયરુવિક એસિડ ત્યારબાદ $CO_2$ દૂર થવાથી $Q$ (એસીટાલ્ડિહાઈડ) માં રૂપાંતરિત થાય છે.
$4$. અંતે,એસીટાલ્ડિહાઈડનું $NADH + H^+$ નો ઉપયોગ કરીને $R$ (ઈથેનોલ) માં રિડક્શન થાય છે.
તેથી,$P$ એ પાયરુવિક એસિડ છે,$Q$ એ એસીટાલ્ડિહાઈડ છે,અને $R$ એ ઈથેનોલ છે. આપેલા વિકલ્પોને જોતા,વિકલ્પ $D$ અજારક શ્વસનના પરિપથોમાં નીપજોના ક્રમનું સૌથી યોગ્ય નિરૂપણ છે.

(B) આલ્કોહોલિક આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું પ્રથમ ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા દ્વારા પાયરુવેટના બે અણુઓમાં વિઘટન થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસમાં $2$ $ATP$ અણુઓ અને $2$ $NADH$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ મળે છે.
ત્યારબાદની આથવણની પ્રક્રિયામાં,પાયરુવેટનું ઇથેનોલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં રૂપાંતર થાય છે.
પાયરુવેટમાંથી ઇથેનોલ બનવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન વધારાના કોઈ $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી,તેથી આલ્કોહોલિક આથવણની સમગ્ર પ્રક્રિયામાંથી મળતો કુલ ચોખ્ખો $ATP$ લાભ $2$ $ATP$ અણુઓ છે.

(B) લેક્ટિક એસિડ આથવણ એ અમુક બેક્ટેરિયા અને સ્નાયુ કોષોમાં થતી અજારક પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લુકોઝનું સૌપ્રથમ ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા પાયરુવિક એસિડના બે અણુઓમાં વિઘટન થાય છે,જેમાંથી $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ મળે છે.
ત્યારબાદ પાયરુવિક એસિડનું રૂપાંતર લેક્ટિક એસિડમાં લેક્ટેટ ડીહાઈડ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જેમાં ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $NADH$ નો ઉપયોગ થાય છે.
પાયરુવિક એસિડમાંથી લેક્ટિક એસિડ બનવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન વધારાના કોઈ $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી,તેથી પ્રતિ ગ્લુકોઝ અણુ દીઠ $ATP$ નો ચોખ્ખો લાભ $2$ જ રહે છે.

(A) આપેલ પ્રક્રિયા પાયરુવેટનું એસિટાલડીહાઈડ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડમાં રૂપાંતરણ છે,જે આલ્કોહોલિક આથવણનું એક મુખ્ય પગલું છે.
આ પ્રક્રિયા $Pyruvate \ decarboxylase$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,પાયરુવેટ અણુમાંથી કાર્બોક્સિલ સમૂહ $(-COOH)$ દૂર થાય છે,જેનાથી $CO_2$ મુક્ત થાય છે.

(B) આપેલ પ્રક્રિયા એ એસિટાલડિહાઈડ $(CH_3CHO)$ નું ઇથેનોલ $(CH_3CH_2OH)$ માં રિડક્શન છે,જેમાં $NADH_2$ રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રક્રિયા યીસ્ટમાં આલ્કોહોલિક આથવણ દરમિયાન થાય છે.
જે ઉત્સેચક $NADH_2$ માંથી હાઇડ્રોજનનું સ્થળાંતર કરીને એસિટાલડિહાઈડનું ઇથેનોલમાં રિડક્શન કરે છે,તેને આલ્કોહોલ ડિહાઈડ્રોજીનેઝ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(A) આપેલ પ્રક્રિયા $NADH_2$ ની હાજરીમાં પાયરુવેટ $(CH_3COCOOH)$ નું લેક્ટિક એસિડ $(CH_3CHOHCOOH)$ માં રિડક્શન દર્શાવે છે.
આ પ્રક્રિયા લેક્ટિક એસિડ આથવણ તરીકે ઓળખાય છે.
પાયરુવેટનું લેક્ટેટમાં રિડક્શન કરવા માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $Lactate \text{ } dehydrogenase$ (લેક્ટિક ડિહાઈડ્રોજીનેઝ) છે.
તેથી, સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(C) અજારક શ્વસન (આથવણ) દરમિયાન,ગ્લુકોઝ કોષરસમાં ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે,જે $2$ અણુ પાયરુવેટ,$2$ અણુ $NADH + H^+$ અને $2$ $ATP$ અણુઓની ચોખ્ખી પ્રાપ્તિ આપે છે.
ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં,$NADH + H^+$ નો ઉપયોગ પાયરુવેટને ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇન દ્વારા કોઈ વધારાના $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી.
તેથી,અજારક શ્વસનમાં ગ્લુકોઝના એક અણુમાંથી $ATP$ ના અણુઓની વાસ્તવિક પ્રાપ્તિ $2$ $ATP$ છે.

(C) અજારક શ્વસન (આથવણ) દરમિયાન,ગ્લુકોઝ કોષરસમાં ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસમાં ગ્લુકોઝના એક અણુ દીઠ $2$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ થાય છે.
અજારક શ્વસનમાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇન કે ક્રેબ્સ ચક્રનો સમાવેશ થતો ન હોવાથી,વધારાના $ATP$ ઉત્પન્ન થતા નથી.
તેથી,અજારક શ્વસનમાં $ATP$ નો ચોખ્ખો લાભ $2$ $ATP$ અણુઓ છે.

(C) પ્રાણીકોષોમાં,જ્યારે ઓક્સિજન મર્યાદિત હોય અથવા ગેરહાજર હોય,ત્યારે ગ્લાયકોજન અજારક શ્વસન (ગ્લાયકોલિસિસ અને ત્યારબાદ લેક્ટિક એસિડ આથવણ) માંથી પસાર થાય છે.
ગ્લાયકોજનનું સૌપ્રથમ ગ્લુકોઝના એકમોમાં વિઘટન થાય છે.
ત્યારબાદ ગ્લુકોઝ ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા પાયરુવેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવેટનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.
તેથી,પ્રાણીકોષોમાં અજારક શ્વસનની અંતિમ નીપજ લેક્ટિક એસિડ છે.

(B) આથવણ એ અજારક પ્રક્રિયા છે જેમાં ગ્લુકોઝનું આંશિક ઓક્સિડેશન થઈને ઉર્જા ઉત્પન્ન થાય છે.
આલ્કોહોલિક આથવણમાં,ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર ઇથેનોલ અને $CO_2$ માં થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા ચાલુ રહે તે માટે $NADH$ નું ઓક્સિડેશન થઈને ફરીથી $NAD^{+}$ બને છે.
$FAD^{+}$ એ ક્રેબ્સ ચક્ર (જારક શ્વસન) અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ ચેઇનમાં સંકળાયેલ સહઉત્સેચક છે,આથવણની પ્રક્રિયામાં નહીં.
તેથી,$FAD^{+}$ એ આથવણની નીપજ નથી.

(C) અજારક શ્વસન (આથવણ) માં,પાયરુવિક એસિડનું ઇથાઇલ આલ્કોહોલ અને $CO_2$ માં રૂપાંતર બે તબક્કામાં થાય છે:
$1$. પાયરુવિક એસિડનું પ્રથમ $Pyruvate \ decarboxylase$ ઉત્સેચક દ્વારા એસિટાલડીહાઇડમાં ડીકાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
$2$. ત્યારબાદ એસિટાલડીહાઇડનું $Alcohol \ dehydrogenase$ ઉત્સેચક દ્વારા રિડક્શન થઈને ઇથાઇલ આલ્કોહોલ બને છે,જેમાં $NADH + H^+$ રિડક્શનકર્તા તરીકે વપરાય છે.
તેથી,આ રૂપાંતર માટે ડીકાર્બોક્સિલેઝ અને ડીહાઈડ્રોજીનેઝ બંને ઉત્સેચકોની જરૂર પડે છે.

(C) અજારક શ્વસનમાં ગ્લુકોઝનું ઓક્સિજનના ઉપયોગ વિના ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં વિઘટન થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્લાયકોલિસિસ (ગ્લુકોઝનું પાયરુવેટમાં વિઘટન) અને ત્યારબાદના આથવણ (fermentation) ના તબક્કાઓ સંપૂર્ણપણે કોષના કોષરસમાં થાય છે. જારક શ્વસનથી વિપરીત,તેમાં કણાભસૂત્રનો સમાવેશ થતો નથી.

(C) લેક્ટિક એસિડ આથવણ એ એક અજારક પ્રક્રિયા છે જે તીવ્ર શારીરિક પ્રવૃત્તિ દરમિયાન પ્રાણીઓના સ્નાયુ કોષોમાં થાય છે.
જ્યારે ઉર્જા $(ATP)$ ની માંગ રુધિરાભિસરણ તંત્ર દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવતા ઓક્સિજન $(O_2)$ ના પુરવઠા કરતા વધી જાય છે,ત્યારે સ્નાયુ કોષો જારક શ્વસનમાંથી અજારક શ્વસન તરફ વળે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજેનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે,જેમાં $NADH$ નો રિડક્શન કર્તા તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
તેથી,આ આથવણ ખાસ કરીને $O_2$ ના ઓછા પુરવઠાને કારણે થાય છે.

(C) વધારે પડતી કસરત દરમિયાન,સ્નાયુ કોષોમાં $O_2$ ની માંગ તેના પુરવઠા કરતા વધી જાય છે.
આ અજારક પરિસ્થિતિઓમાં,સ્નાયુ કોષો લેક્ટિક એસિડ આથવણની પ્રક્રિયા કરે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,લેક્ટેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા પાયરુવિક એસિડનું લેક્ટિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.
સ્નાયુ તંતુઓમાં લેક્ટિક એસિડનો સંગ્રહ થવાથી થાક લાગે છે અને સ્નાયુઓમાં ખેંચાણ (cramps) થાય છે.