Respiratory Balance Sheet Questions in Gujarati

(B) ગ્લુકોઝના એક મોલના સંપૂર્ણ ઑક્સિડેશનથી મુક્ત થતી કુલ ઊર્જા $686 \, Kcal$ છે.
દરેક $ATP$ અણુ તેના ફોસ્ફેટ બંધમાં $12 \, Kcal$ ઊર્જા સંગ્રહિત કરે છે.
મહત્તમ $ATP$ અણુઓની સંખ્યા શોધવા માટે,આપણે કુલ મુક્ત થયેલી ઊર્જાને એક $ATP$ અણુ દીઠ સંગ્રહિત ઊર્જા વડે ભાગીશું.
મહત્તમ $ATP = \frac{\text{કુલ ઊર્જા}}{\text{એક } ATP \text{ દીઠ ઊર્જા}} = \frac{686}{12} \approx 57.16$.
તેથી,સૈદ્ધાંતિક રીતે નિર્માણ પામતા $ATP$ અણુઓની મહત્તમ સંખ્યા $57$ છે.

(N/A) $ATP$ અણુઓની સૈદ્ધાંતિક ગણતરી માટે વિવિધ ધારણાઓ કરવામાં આવે છે,જે નીચે મુજબ છે:
$(a)$ એવી ધારણા કરવામાં આવે છે કે જારક શ્વસનના વિવિધ ભાગો જેમ કે ગ્લાયકોલિસિસ,$TCA$ ચક્ર અને $ETS$ એક ક્રમિક અને વ્યવસ્થિત માર્ગમાં થાય છે.
$(b)$ ગ્લાયકોલિસિસની પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ $NADH$ ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશન માટે કણાભસૂત્રમાં પ્રવેશે છે.
$(c)$ ગ્લુકોઝના અણુને એકમાત્ર સબસ્ટ્રેટ તરીકે માનવામાં આવે છે અને એવી ધારણા કરવામાં આવે છે કે અન્ય કોઈ અણુ મધ્યવર્તી તબક્કે આ માર્ગમાં પ્રવેશતું નથી.
$(d)$ શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા મધ્યવર્તી પદાર્થોનો ઉપયોગ અન્ય કોઈ ચયાપચયની પ્રક્રિયામાં થતો નથી.

(N/A) જારક શ્વસનની પ્રક્રિયા ચાર તબક્કાઓમાં વહેંચાયેલી છે: ગ્લાયકોલિસિસ,$TCA$ ચક્ર,$ETS$ અને ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશન.
સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે શ્વસનની પ્રક્રિયા અને દરેક તબક્કામાં $ATP$ નું ઉત્પાદન તબક્કાવાર રીતે થાય છે.
એક પથની નીપજ બીજા પથ માટે પ્રક્રિયક તરીકે કાર્ય કરે છે.
શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા વિવિધ અણુઓ અન્ય જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં સામેલ થાય છે.
શ્વસન સબસ્ટ્રેટ જરૂરિયાત મુજબ પથમાં પ્રવેશે છે અને બહાર નીકળે છે.
જ્યાં જરૂર હોય ત્યાં $ATP$ નો ઉપયોગ થાય છે અને ઉત્સેચકીય દર સામાન્ય રીતે નિયંત્રિત હોય છે.
આમ,ઉર્જાનું તબક્કાવાર મુક્તિ તંત્રને ઉર્જા મેળવવા અને સંગ્રહિત કરવામાં વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

(N/A) દરેક ગ્લુકોઝ અણુના ઓક્સિડેશન માટે $ATP$ ના ચોખ્ખા લાભની ગણતરી કરવી શક્ય છે, પરંતુ વાસ્તવમાં આ માત્ર એક સૈદ્ધાંતિક કવાયત છે. આ ગણતરીઓ નીચેની ધારણાઓ પર આધારિત છે:
$(1)$ એક ક્રમિક અને વ્યવસ્થિત માર્ગ કાર્યરત છે, જેમાં એક સબસ્ટ્રેટ બીજાને બનાવે છે અને ગ્લાયકોલિસિસ, $TCA$ ચક્ર અને $ETS$ માર્ગ એક પછી એક અનુસરે છે.
$(2)$ ગ્લાયકોલિસિસમાં સંશ્લેષિત $NADH$ કણાભસૂત્રમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે અને ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશનમાંથી પસાર થાય છે.
$(3)$ માર્ગમાં રહેલા કોઈપણ મધ્યવર્તી પદાર્થોનો ઉપયોગ અન્ય કોઈ સંયોજન બનાવવા માટે થતો નથી.
$(4)$ માત્ર ગ્લુકોઝનું જ શ્વસન થાય છે; અન્ય કોઈ વૈકલ્પિક સબસ્ટ્રેટ કોઈપણ મધ્યવર્તી તબક્કે માર્ગમાં પ્રવેશતા નથી.
જો કે, જીવંત તંત્રમાં આ ધારણાઓ માન્ય નથી કારણ કે:
- તમામ માર્ગો એકસાથે કાર્ય કરે છે, એક પછી એક નહીં.
- સબસ્ટ્રેટ જરૂરિયાત મુજબ માર્ગમાં પ્રવેશે છે અને બહાર નીકળે છે.
- $ATP$ નો ઉપયોગ જરૂરિયાત મુજબ થાય છે.
- ઉત્સેચકીય દરો વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.
આમ છતાં, આ કવાયત જીવંત તંત્રની ઉર્જા મેળવવાની અને સંગ્રહ કરવાની કાર્યક્ષમતાને સમજવા માટે ઉપયોગી છે. ગ્લુકોઝના એક અણુના જારક શ્વસન દરમિયાન $38$ $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ મળી શકે છે.
આથવણ અને જારક શ્વસન વચ્ચેની તુલના:

આથવણ	જારક શ્વસન
$(1)$ ગ્લુકોઝનું આંશિક વિઘટન થાય છે; ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ બને છે.	$(1)$ સંપૂર્ણ વિઘટન થાય છે અને $CO_{2}$ અને $H_{2}O$ બને છે.
$(2)$ ગ્લુકોઝના પ્રતિ અણુ દીઠ માત્ર બે $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.	$(2)$ મોટી માત્રામાં $ATP$ ઉત્પન્ન થાય છે.
$(3)$ $NADH$ નું $NAD^{+}$ માં ઓક્સિડેશન ધીમી પ્રક્રિયા છે.	$(3)$ $NADH$ નું $NAD^{+}$ માં ઓક્સિડેશન ઝડપી પ્રક્રિયા છે.
$(4)$ ઈસ્ટ, બેક્ટેરિયા અને આંતરિક પરોપજીવીઓમાં થાય છે.	$(4)$ મોટાભાગના ઉચ્ચ કક્ષાના સજીવોમાં થાય છે.

(D) શ્વસન સંતુલન પત્રક નીચેની ધારણાઓ પર આધારિત છે:
$(1)$ એક ક્રમિક અને વ્યવસ્થિત માર્ગ કાર્યરત છે,જેમાં એક સબસ્ટ્રેટ બીજાને બનાવે છે અને ગ્લાયકોલિસિસ,$TCA$ ચક્ર અને $ETS$ માર્ગ એક પછી એક અનુસરે છે.
$(2)$ ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન સંશ્લેષિત $NADH$ ને કણાભસૂત્રમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે અને તે ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશનમાંથી પસાર થાય છે.
$(3)$ માર્ગમાંના કોઈપણ મધ્યવર્તી પદાર્થોનો ઉપયોગ અન્ય કોઈ સંયોજનના સંશ્લેષણ માટે થતો નથી; તેનો ઉપયોગ માત્ર શ્વસન પ્રક્રિયા માટે જ થાય છે.
$(4)$ ગ્લુકોઝ એ એકમાત્ર સબસ્ટ્રેટ છે જેનું શ્વસન થઈ રહ્યું છે,અને અન્ય કોઈ વૈકલ્પિક સબસ્ટ્રેટ કોઈપણ મધ્યવર્તી તબક્કે માર્ગમાં પ્રવેશતા નથી.

(D) શ્વસન સંતુલન પત્રક નીચેના કારણોસર તાર્કિક માનવામાં આવતું નથી:
- તમામ ચયાપચયના માર્ગો એકસાથે કાર્ય કરે છે અને તે એક પછી એક ક્રમિક રીતે થતા નથી.
- સબસ્ટ્રેટ માર્ગોમાં પ્રવેશ કરે છે અને અન્ય જૈવસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરિયાત મુજબ તેમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે.
- $ATP$ નો ઉપયોગ કોષ દ્વારા જરૂરિયાત મુજબ કરવામાં આવે છે,તેના બદલે તે નિશ્ચિત,સૈદ્ધાંતિક જથ્થામાં ઉત્પન્ન થતું નથી.
- આ પ્રણાલી ગતિશીલ છે અને ઉત્સેચકો અનેક પરિબળો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે,જે સ્થિર ગણતરીને અવ્યવહારુ બનાવે છે.

(B) જારક શ્વસન દરમિયાન, ગ્લુકોઝના એક અણુના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશનથી $36$ $ATP$ અણુઓ પ્રાપ્ત થાય છે.
તેની સામે, અજારક શ્વસન અથવા આથવણની પ્રક્રિયામાં ગ્લુકોઝના એક અણુ દીઠ માત્ર $2$ $ATP$ અણુઓ જ મળે છે.
જારક શ્વસનમાં ઉર્જાનું ઉત્પાદન અજારક પ્રક્રિયાઓ કરતા ઘણું વધારે હોવાથી, તેને વધુ કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયા માનવામાં આવે છે.

(N/A) દરેક ગ્લુકોઝ અણુના ઓક્સિડેશન માટે $ATP$ ના ચોખ્ખા લાભની ગણતરી કરવી શક્ય છે, પરંતુ વાસ્તવમાં આ માત્ર એક સૈદ્ધાંતિક કવાયત છે. આ ગણતરીઓ નીચેની ધારણાઓ પર આધારિત છે:
$(1)$ એક ક્રમિક, વ્યવસ્થિત માર્ગ કાર્યરત છે, જેમાં એક સબસ્ટ્રેટ બીજાને બનાવે છે, અને ગ્લાયકોલિસિસ, $TCA$ ચક્ર અને $ETS$ માર્ગ એક પછી એક અનુસરે છે.
$(2)$ ગ્લાયકોલિસિસમાં સંશ્લેષિત $NADH$ ને કણાભસૂત્રમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે અને તેનું ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે.
$(3)$ માર્ગમાંના કોઈપણ મધ્યવર્તી પદાર્થોનો ઉપયોગ અન્ય કોઈ સંયોજનના સંશ્લેષણ માટે થતો નથી.
$(4)$ માત્ર ગ્લુકોઝનું જ શ્વસન થાય છે; અન્ય કોઈ વૈકલ્પિક સબસ્ટ્રેટ કોઈપણ મધ્યવર્તી તબક્કે માર્ગમાં પ્રવેશતા નથી.
આ ધારણાઓ જીવંત તંત્રમાં માન્ય નથી કારણ કે:
- તમામ માર્ગો એકસાથે કામ કરે છે અને એક પછી એક થતા નથી.
- સબસ્ટ્રેટ જરૂરિયાત મુજબ માર્ગમાં પ્રવેશે છે અને બહાર નીકળે છે.
- $ATP$ નો ઉપયોગ જરૂરિયાત મુજબ થાય છે.
- ઉત્સેચકીય દરો વિવિધ માધ્યમો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.
આથવણ અને જારક શ્વસન વચ્ચેની તુલના:

આથવણ	જારક શ્વસન
$(1)$ ગ્લુકોઝનું ઇથેનોલ અથવા લેક્ટિક એસિડમાં આંશિક વિઘટન થાય છે.	$(1)$ સંપૂર્ણ વિઘટન થાય છે, જેમાં $CO_{2}$ અને $H_{2}O$ બને છે.
$(2)$ માત્ર બે $ATP$ અણુઓનો ચોખ્ખો લાભ મળે છે.	$(2)$ મોટી સંખ્યામાં $ATP$ અણુઓ બને છે.
$(3)$ $NADH$ નું $NAD^{+}$ માં ઓક્સિડેશન ધીમી પ્રક્રિયા છે.	$(3)$ $NADH$ નું $NAD^{+}$ માં ઓક્સિડેશન ઝડપી પ્રક્રિયા છે.

(C) ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશન એ કણાભસૂત્રના અંદરના પટલમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ માં થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,$10$ $NADH$ અણુઓ $30$ $ATP$ $(10 \times 3 = 30)$ ઉત્પન્ન કરે છે અને $2$ $FADH_2$ અણુઓ $4$ $ATP$ $(2 \times 2 = 4)$ ઉત્પન્ન કરે છે.
તેથી,ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશનમાંથી $ATP$ નું કુલ ઉત્પાદન $30 + 4 = 34$ $ATP$ અણુઓ છે.
બાકીના $4$ $ATP$ અણુઓ ગ્લાયકોલિસિસ અને ક્રેબ્સ ચક્ર દરમિયાન સબસ્ટ્રેટ-લેવલ ફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.

$(C)$ જારક શ્વસન દરમિયાન $ATP$ નો ચોખ્ખો લાભ નીચે મુજબ ગણવામાં આવે છે:
$1$. ગ્લાયકોલિસિસ $2$ $ATP$ અને $2 NADH + H^+$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$2$. પાયરુવેટ ઓક્સિડેશન (લિંક પ્રતિક્રિયા) $2 NADH + H^+$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$3$. ક્રેબ્સ ચક્ર $2$ $GTP$ ($2$ $ATP$ ની સમકક્ષ), $6 NADH + H^+$ અને $2 FADH_2$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$4$. ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ માં, દરેક $NADH + H^+$ સામાન્ય રીતે $3$ $ATP$ અને દરેક $FADH_2$ $2$ $ATP$ આપે છે.
કુલ $ATP$ ગણતરી: $2$ ($ATP$ ગ્લાયકોલિસિસમાંથી) + $2$ ($GTP$ ક્રેબ્સ ચક્રમાંથી) + $10 NADH + H^+$ ($2$ ગ્લાયકોલિસિસ + $2$ લિંક પ્રતિક્રિયા + $6$ ક્રેબ્સ ચક્ર) $\times 3$ $ATP$ = $30$ $ATP$ + $2 FADH_2$ $\times 2$ $ATP$ = $4$ $ATP$.
કુલ = $2 + 2 + 30 + 4 = 38$ $ATP$ (પ્રોકેરિયોટ્સમાં) અથવા $36$ $ATP$ (યુકેરિયોટ્સમાં, શટલ ખર્ચને કારણે $2$ $ATP$ ઓછા થાય છે).
આપેલા વિકલ્પો મુજબ, $36$ એ યુકેરિયોટિક જારક શ્વસન માટે પ્રમાણભૂત સ્વીકૃત મૂલ્ય છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ માં ઓક્સિડેટિવ ફોસ્ફોરાયલેશનની પ્રક્રિયા દરમિયાન,$NADH$ ના એક અણુના ઓક્સિડેશનથી $3$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.
તે જ રીતે,$FADH_{2}$ ના એક અણુના ઓક્સિડેશનથી $2$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.

(D) દરેક ગ્લુકોઝ અણુ માટે $ATP$ ના લાભની ગણતરી કેટલીક સૈદ્ધાંતિક ધારણાઓ પર આધારિત છે:
$1$. ચયાપચયના માર્ગો ક્રમિક અને વ્યવસ્થિત રીતે કાર્ય કરે છે.
$2$. એક સબસ્ટ્રેટ પ્રતિક્રિયાનું ઉત્પાદન પછીની પ્રતિક્રિયા માટે પ્રક્રિયક તરીકે કાર્ય કરે છે.
$3$. ગ્લાયકોલિસિસ,$TCA$ ચક્ર અને $ETS$ માર્ગ એક ચોક્કસ,ક્રમિક ક્રમમાં થાય છે.
તેથી,આપેલા તમામ વિધાનો સાચી ધારણાઓ છે.

(A) ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના $1$ મોલના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશનથી આશરે $686$ kcal ઉર્જા મુક્ત થાય છે.
તેથી,ગ્લુકોઝના $5$ ગ્રામ મોલ માટે,મુક્ત થતી કુલ ઉર્જાની ગણતરી $5 \times 686 \text{ kcal} = 3430 \text{ kcal}$ થાય છે.

(B) જારક શ્વસનની કાર્યક્ષમતાની ગણતરી $ATP$ અણુઓમાં સંગ્રહિત ઉર્જા અને ગ્લુકોઝના એક અણુના ઓક્સિડેશનથી મુક્ત થતી કુલ ઉર્જાની સરખામણી કરીને કરવામાં આવે છે.
ગ્લુકોઝનો એક અણુ સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન પર આશરે $686 \text{ kcal}$ ઉર્જા મુક્ત કરે છે.
$38$ $ATP$ અણુઓનું સંશ્લેષણ આશરે $38 \times 8.1 \text{ kcal} = 307.8 \text{ kcal}$ ઉર્જાનો સંગ્રહ કરે છે.
કાર્યક્ષમતા $= (ATP \text{ માં સંગ્રહિત ઉર્જા} / \text{મુક્ત થતી કુલ ઉર્જા}) \times 100$
કાર્યક્ષમતા $= (307.8 / 686) \times 100 \approx 45\%$.

(C) $1$ $ATP$ અણુના જળવિભાજન દ્વારા મુક્ત થતી ઉર્જા આશરે $34 \; kJ/mol$ છે.
$38$ $ATP$ અણુઓમાંથી મળતી કુલ ઉર્જા શોધવા માટે,આપણે પ્રતિ $ATP$ ઉર્જાનો $ATP$ અણુઓની કુલ સંખ્યા સાથે ગુણાકાર કરીએ છીએ.
કુલ ઉર્જા $= 38 \times 34 \; kJ/mol = 1292 \; kJ/mol$.
તેથી,$38$ $ATP$ માંથી મળતી કુલ ઉર્જા $1292 \; kJ$ છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ માં,$NADH + H^+$ (જેને ઘણીવાર $NADH_2$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) ના ઓક્સિડેશનથી $3$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.
તે જ રીતે,$FADH_2$ ના ઓક્સિડેશનથી $2$ $ATP$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.
તેથી,$1$ $NADH_2$ અને $1$ $FADH_2$ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા $ATP$ અનુક્રમે $3$ અને $2$ છે.

(A) $3$-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ ($3$-$PGA$) નો એક અણુ પાયરુવિક એસિડના એક અણુમાં રૂપાંતરિત થાય છે,જેમાં $1$ $NADH + H^+$ અને $1$ $ATP$ ઉત્પન્ન થાય છે.
ત્યારબાદ,પાયરુવિક એસિડ લિંક રિએક્શન અને ક્રેબ્સ ચક્રમાં પ્રવેશે છે.
લિંક રિએક્શનમાં $1$ $NADH + H^+$ ઉત્પન્ન થાય છે.
ક્રેબ્સ ચક્રમાં $3$ $NADH + H^+$,$1$ $FADH_2$ અને $1$ $GTP$ (જે $ATP$ ને સમાન છે) ઉત્પન્ન થાય છે.
$1$ અણુ $3$-$PGA$ માંથી ઉત્પન્ન થતા કુલ રિડ્યુસ્ડ કો-એન્ઝાઇમ્સ:
$1$ ($3$-$PGA$ થી પાયરુવેટ) + $1$ (લિંક રિએક્શન) + $3$ (ક્રેબ્સ ચક્ર) = $5$ $NADH + H^+$.
$1$ $FADH_2$ (ક્રેબ્સ ચક્ર).
$ETS$ દ્વારા,$1$ $NADH + H^+$ $3$ $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે અને $1$ $FADH_2$ $2$ $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$ETS$ માંથી કુલ $ATP$ = $(5 \times 3) + (1 \times 2) = 15 + 2 = 17$ $ATP$.
જોકે,આપેલી આકૃતિમાં $4$ $NADH$ અને $1$ $FADH_2$ નો ઉપયોગ કરીને $14$ $ATP$ ની ગણતરી દર્શાવેલ છે. વિકલ્પો અને આપેલી આકૃતિની તર્કશક્તિ મુજબ,સાચો જવાબ $14$ $ATP$ છે.

(B) પ્રોકેરિયોટિક કોષોમાં,જારક શ્વસનની સમગ્ર પ્રક્રિયા કોષરસમાં થાય છે કારણ કે તેમાં કણાભસૂત્રનો અભાવ હોય છે.
ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન,$2$ $ATP$ અને $2$ $NADH$ ઉત્પન્ન થાય છે.
પાયરુવેટનું એસિટિલ-$CoA$ માં રૂપાંતર દરમિયાન,$2$ $NADH$ ઉત્પન્ન થાય છે.
ક્રેબ્સ ચક્ર દરમિયાન,$2$ $GTP$ ($2$ $ATP$ ની સમકક્ષ),$6$ $NADH$ અને $2$ $FADH_2$ ઉત્પન્ન થાય છે.
કોઈપણ માઇટોકોન્ડ્રિયલ શટલ સિસ્ટમની જરૂર ન હોવાથી,તમામ $10$ $NADH$ માંથી $30$ $ATP$ $(10 \times 3)$ અને $2$ $FADH_2$ માંથી $4$ $ATP$ $(2 \times 2)$ મળે છે.
કુલ $ATP = 2$ (ગ્લાયકોલિસિસ) $+ 2$ (ક્રેબ્સ ચક્ર) $+ 30$ $(NADH)$ $+ 4$ $(FADH_2)$ $= 38$ $ATP$.

(N/A) શ્વસન દરમિયાન,શર્કરા,લિપિડ અને પ્રોટીન જેવા ઉર્જાથી ભરપૂર સંયોજનોનું ઓક્સિડેશન થાય છે. આ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન મુક્ત થતી ઉર્જા એકસાથે મુક્ત થવાને બદલે નિયંત્રિત,તબક્કાવાર રીતે મુક્ત થાય છે.
જેમ જેમ આ કાર્બનિક અણુઓનું વિઘટન થાય છે,તેમ મુક્ત થયેલી ઉર્જા ઇલેક્ટ્રોન વાહકો દ્વારા ગ્રહણ કરવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ $ATP$ (એડેનોસિન ટ્રાયફોસ્ફેટ) અણુઓના સંશ્લેષણ માટે થાય છે. $ATP$ કોષના પ્રાથમિક ઉર્જા ચલણ તરીકે કાર્ય કરે છે.
જ્યારે કોષને જૈવસંશ્લેષણ,સક્રિય વહન અથવા યાંત્રિક કાર્ય જેવી ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓ માટે ઉર્જાની જરૂર હોય છે,ત્યારે $ATP$ ના અંતિમ ફોસ્ફેટ બંધનું જળવિભાજન થાય છે,જે સંગ્રહિત ઉર્જાને તાત્કાલિક ઉપયોગ માટે મુક્ત કરે છે.

(A) સુકોષકેન્દ્રી કોષોમાં જારક શ્વસનની પ્રક્રિયામાં ગ્લાયકોલિસિસ,લિંક રિએક્શન,ક્રેબ્સ ચક્ર અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ નો સમાવેશ થાય છે.
ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન,$2$ $ATP$ ઉત્પન્ન થાય છે અને $2$ $NADH$ ઉત્પન્ન થાય છે.
લિંક રિએક્શન અને ક્રેબ્સ ચક્ર દરમિયાન,$2$ $ATP$ (અથવા $GTP$) ઉત્પન્ન થાય છે,સાથે $8$ $NADH$ અને $2$ $FADH_2$ પણ મળે છે.
ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન કોષરસમાં ઉત્પન્ન થયેલ $NADH$ ને શટલ સિસ્ટમ (જેમ કે ગ્લિસરોલ-ફોસ્ફેટ શટલ) દ્વારા કણાભસૂત્રમાં પરિવહન કરવું પડે છે,જેમાં $2$ $ATP$ વપરાય છે.
તેથી,સુકોષકેન્દ્રી કોષોમાં $ATP$ ની ચોખ્ખી પ્રાપ્તિ $38 - 2 = 36$ $ATP$ થાય છે.

(B) આદિકોષકેન્દ્રી કોષોમાં કણાભસૂત્ર જેવા અંગિકાઓનો અભાવ હોય છે.
તેથી,ગ્લાયકોલિસિસ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલા $NADH$ ને કણાભસૂત્રમાં વહન કરવા માટે કોઈ ઉર્જાનો ખર્ચ થતો નથી.
સુકોષકેન્દ્રી કોષોમાં,શટલ મિકેનિઝમ માટે $2$ $ATP$ વપરાઈ જાય છે,તેથી ચોખ્ખો લાભ $36$ $ATP$ થાય છે.
પરંતુ,આદિકોષકેન્દ્રી કોષોમાં,જારક શ્વસન દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા તમામ $38$ $ATP$ અણુઓ વાસ્તવિક પ્રાપ્તિ તરીકે મળે છે.

(B) $3-PGA$ ($3$-phosphoglycerate) નું સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન ગ્લાયકોલિસિસ અને ત્યારબાદના જારક શ્વસન (ક્રેબ્સ ચક્ર અને $ETS$) દ્વારા થાય છે.
$1$. ગ્લાયકોલિસિસમાં,$3-PGA$ નું રૂપાંતર $PEP$ (phosphoenolpyruvate) માં થાય છે,જે ત્યારબાદ પાયરુવેટ બનાવે છે. $PEP$ માંથી પાયરુવેટ બનતી વખતે,સબસ્ટ્રેટ-સ્તરના ફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા $1$ $ATP$ ઉત્પન્ન થાય છે.
$2$. ઉત્પન્ન થયેલ પાયરુવેટ કણાભસૂત્રમાં પ્રવેશે છે અને એસિટિલ-$CoA$ માં રૂપાંતરિત થાય છે,જે ક્રેબ્સ ચક્રમાં પ્રવેશે છે.
$3$. ક્રેબ્સ ચક્રમાં,સક્સિનિલ-$CoA$ માંથી સક્સિનેટ બનતી વખતે એક સબસ્ટ્રેટ-સ્તરનું ફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે,જે $1$ $GTP$ ($1$ $ATP$ ની સમકક્ષ) ઉત્પન્ન કરે છે.
$4$. આમ,$3-PGA$ ના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન દરમિયાન સબસ્ટ્રેટ-સ્તરના ફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા કુલ $ATP$ અણુઓની સંખ્યા $1 + 1 = 2$ છે.

(D) ફ્રુકટોઝ $1,6$-બાયફોસ્ફેટ એ $6$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે જે ગ્લાયકોલિસિસમાં પ્રવેશે છે.
$1$. ફ્રુકટોઝ $1,6$-બાયફોસ્ફેટ ગ્લિસરાલ્ડિહાઈડ $3$-ફોસ્ફેટ $(G3P)$ ના બે અણુઓમાં વિભાજિત થાય છે.
$2$. દરેક $G3P$ અણુ ગ્લાયકોલિસિસ દ્વારા $2$ $NADH$,$2$ $ATP$ અને $1$ પાયરુવેટ ઉત્પન્ન કરે છે. આમ,બે $G3P$ અણુઓ $4$ $NADH$ અને $4$ $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$3$. બે પાયરુવેટ અણુઓ લિંક પ્રતિક્રિયામાં પ્રવેશી $2$ $NADH$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$4$. બે એસિટાઈલ-$CoA$ અણુઓ ક્રેબ્સ ચક્રમાં પ્રવેશી $6$ $NADH$,$2$ $FADH_2$ અને $2$ $ATP$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$5$. કુલ ઉત્પાદન: $12$ $NADH$,$2$ $FADH_2$ અને $4$ $ATP$.
$6$. પ્રમાણિત ગણતરી મુજબ ($1$ $NADH = 3$ $ATP$ અને $1$ $FADH_2 = 2$ $ATP$),કુલ $ATP = (12 \times 3) + (2 \times 2) + 4 = 36 + 4 + 4 = 44$ $ATP$ થવા જોઈએ,પરંતુ ગ્લાયકોલિસિસના પ્રારંભિક તબક્કામાં વપરાતા $2$ $ATP$ બાદ કરતાં કુલ $38$ $ATP$ મળે છે.

(B) કોષીય શ્વસન દરમિયાન,શ્વસન સબસ્ટ્રેટ્સ (જેમ કે ગ્લુકોઝ) નું ઓક્સિડેશન એક જ વિસ્ફોટક પ્રતિક્રિયાને બદલે નિયંત્રિત,તબક્કાવાર ઉત્સેચકીય પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા થાય છે.
આ પ્રક્રિયા એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે મુક્ત થતી ઉર્જા ગરમી તરીકે વેડફાઈ ન જાય,પરંતુ તેના બદલે $ATP$ (એડેનોસિન ટ્રાયફોસ્ફેટ) ના સ્વરૂપમાં પકડાય અને સંગ્રહિત થાય છે.
$ATP$ કોષના ઉર્જા ચલણ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે વિવિધ ચયાપચયની પ્રવૃત્તિઓ માટે જરૂરી ઉર્જા પૂરી પાડે છે.

(B) ક્રેબ્સ ચક્રમાં એસીટાઈલ $\text{CoA}$ ના એક અણુના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન દરમિયાન,નીચે મુજબના રિડ્યુસ્ડ કો-એન્ઝાઇમ્સ ઉત્પન્ન થાય છે:
$1$. $3$ અણુ $\text{NADH} + \text{H}^+$
$2$. $1$ અણુ $\text{FADH}_2$
$3$. $1$ અણુ $\text{GTP}$ (જે $1$ $\text{ATP}$ ની સમકક્ષ છે).
$\text{ETS}$ (ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ) ના સ્ટોઇકિયોમેટ્રી મુજબ:
- દરેક $\text{NADH} + \text{H}^+$ $3$ $\text{ATP}$ અણુઓ આપે છે.
- દરેક $\text{FADH}_2$ $2$ $\text{ATP}$ અણુઓ આપે છે.
માત્ર $\text{ETS}$ દ્વારા ગણતરી:
- $3 \times \text{NADH} = 3 \times 3 = 9 \text{ ATP}$
- $1 \times \text{FADH}_2 = 1 \times 2 = 2 \text{ ATP}$
- $\text{ETS}$ દ્વારા કુલ $\text{ATP} = 9 + 2 = 11 \text{ ATP}$.
તેથી,$\text{ETS}$ દ્વારા સંશ્લેષિત કુલ $\text{ATP}$ $11$ છે.

(C) એક ગ્લુકોઝ અણુના જારક શ્વસન દરમિયાન,ઉત્પન્ન થતા રિડ્યુસ્ડ કો-એન્ઝાઇમની કુલ સંખ્યા $12$ ($10$ $NADH + H^+$ અને $2$ $FADH_2$) છે.
$1$. ગ્લાયકોલિસિસ: $2$ $NADH + H^+$.
$2$. લિંક રિએક્શન (પાયરુવેટ ઓક્સિડેશન): $2$ $NADH + H^+$.
$3$. ક્રેબ્સ ચક્ર: $6$ $NADH + H^+$ અને $2$ $FADH_2$.
કુલ = $(2 + 2 + 6)$ $NADH + H^+ = 10$ $NADH + H^+$ અને $2$ $FADH_2$.

(D) જારક શ્વસનમાં ઉત્પન્ન થતા $ATP$ અણુઓની ચોખ્ખી સંખ્યા $38$ છે,જ્યારે અજારક શ્વસનમાં ઉત્પન્ન થતા $ATP$ અણુઓની સંખ્યા $2$ છે.
તેથી,જારક શ્વસનમાં પ્રાપ્ત થતા $ATP$ અણુઓની સંખ્યા અજારક શ્વસનમાં ઉત્પન્ન થતા $ATP$ અણુઓ કરતાં $38 / 2 = 19$ ગણી વધારે છે.

(A) $1$. ગ્લાયકોલિસિસમાં ગ્લુકોઝના $1$ અણુમાંથી પાયરુવિક એસિડના $2$ અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે.
$2$. એસિટિલેશન (જેને લિંક રિએક્શન અથવા પાયરુવિક એસિડનું ઓક્સિડેટિવ ડીકાર્બોક્સિલેશન પણ કહેવાય છે) માં પાયરુવિક એસિડના $1$ અણુનું રૂપાંતર એસિટિલ-CoA ના $1$ અણુમાં થાય છે.
$3$. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,પ્રતિ પાયરુવિક એસિડ અણુ દીઠ $1$ $NADH + H^+$ અણુ ઉત્પન્ન થાય છે.
$4$. ગ્લુકોઝના $1$ અણુમાંથી પાયરુવિક એસિડના $2$ અણુઓ બનતા હોવાથી,એસિટિલેશન દરમિયાન બનતા $NADH + H^+$ અણુઓની કુલ સંખ્યા $2 \times 1 = 2$ થાય છે.

(B) જારક શ્વસન દરમિયાન,ગ્લુકોઝનો એક અણુ ગ્લાયકોલિસિસ,ક્રેબ્સ ચક્ર અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ $(ETS)$ માંથી પસાર થાય છે.
$1$. ગ્લાયકોલિસિસ $2$ $ATP$ અને $2$ $NADH$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$2$. લિંક પ્રતિક્રિયા $2$ $NADH$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$3$. ક્રેબ્સ ચક્ર $2$ $ATP$ (અથવા $GTP$),$6$ $NADH$ અને $2$ $FADH_2$ ઉત્પન્ન કરે છે.
કુલ $NADH$ $10$ છે ($2$ ગ્લાયકોલિસિસમાંથી,$2$ લિંક પ્રતિક્રિયામાંથી,$6$ ક્રેબ્સ ચક્રમાંથી). દરેક $NADH$ $3$ $ATP$ આપે છે (કુલ $30$ $ATP$).
કુલ $FADH_2$ $2$ છે (ક્રેબ્સ ચક્રમાંથી). દરેક $FADH_2$ $2$ $ATP$ આપે છે (કુલ $4$ $ATP$).
કુલ $ATP$ = $2$ (ગ્લાયકોલિસિસ) + $2$ (ક્રેબ્સ) + $30$ $(NADH)$ + $4$ $(FADH_2)$ = $38$ $ATP$.
જોકે,ઘણા સુકોષકેન્દ્રી કોષોમાં,શટલ મિકેનિઝમ (જેમ કે ગ્લિસરોલ-ફોસ્ફેટ શટલ) $NADH$ ને કણાભસૂત્રમાં પરિવહન કરવા માટે $2$ $ATP$ વાપરે છે,જેના પરિણામે $36$ $ATP$ નો ચોખ્ખો લાભ થાય છે. આદિકોષકેન્દ્રીઓમાં,ચોખ્ખો લાભ $38$ $ATP$ છે. સામાન્ય જારક શ્વસન માટે પ્રમાણભૂત પાઠ્યપુસ્તકના સંદર્ભમાં,$38$ એ સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ છે,તેથી તે પ્રમાણભૂત જવાબ છે.