Respiratory Balance Sheet Questions in Hindi

(A) वायवीय श्वसन की प्रक्रिया में, ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से $36$ से $38$ $ATP$ अणु प्राप्त होते हैं।
$36$ $ATP$ अणुओं की मानक उपज को लेते हुए, जहाँ प्रत्येक $ATP$ अणु लगभग $7.6 \text{ kcal}$ ऊर्जा संग्रहीत करता है, $ATP$ में संग्रहीत कुल ऊर्जा $36 \times 7.6 = 273.6 \text{ kcal}$ होती है।
ग्लूकोज के एक मोल के पूर्ण दहन से मुक्त होने वाली कुल ऊर्जा $686 \text{ kcal}$ है।
श्वसन दक्षता की गणना $ATP$ में संग्रहीत ऊर्जा और मुक्त कुल ऊर्जा के अनुपात के रूप में की जाती है: $\text{Efficiency} = \frac{273.6}{686} \times 100 \approx 40\%$.
दशमलव रूप में, $40\%$ का मान $0.4$ के बराबर है।

(B) श्वसन एक अपचय (catabolic) प्रक्रिया है जिसमें ग्लूकोज जैसे कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण होता है और ऊर्जा मुक्त होती है।
यह ऊर्जा सीधे कोशिकीय कार्यों के लिए उपयोग नहीं की जाती है,बल्कि $ATP$ (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) अणुओं के रूप में संचित की जाती है।
$ATP$ को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा (energy currency) कहा जाता है,जो विभिन्न चयापचय गतिविधियों के लिए ऊर्जा प्रदान करती है।

(A) अपचय (catabolism) में जटिल अणुओं का सरल अणुओं में विघटन होता है,जिससे ऊर्जा मुक्त होती है।
यह ऊर्जा सीधे ग्लूकोज या पायरुविक एसिड के रूप में संग्रहीत नहीं होती है,क्योंकि ये श्वसन के लिए सबस्ट्रेट हैं।
इसके बजाय,अपचय की प्रक्रिया के दौरान मुक्त होने वाली ऊर्जा $ATP$ $(Adenosine \ Triphosphate)$ अणुओं के रूप में कैप्चर और संग्रहीत की जाती है।
$ATP$ को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा (energy currency) कहा जाता है,जो विभिन्न कोशिकीय गतिविधियों के लिए तुरंत ऊर्जा प्रदान करती है।

(C) वायवीय श्वसन के दौरान,ग्लूकोज के एक अणु $(C_6H_{12}O_6)$ का पूर्ण ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस,लिंक रिएक्शन,क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ के माध्यम से होता है।
यूकेरियोटिक कोशिकाओं में,शुद्ध लाभ आमतौर पर $36$ $ATP$ अणु होता है क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस के दौरान उत्पादित $NADH$ को शटल सिस्टम के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए $2$ $ATP$ खर्च हो जाते हैं।
हालाँकि,प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में,परिवहन की ऐसी कोई लागत नहीं होती है,जिसके परिणामस्वरूप $38$ $ATP$ अणुओं का शुद्ध लाभ होता है।
मानक जैविक संदर्भों में,ग्लूकोज के प्रति अणु सैद्धांतिक अधिकतम उपज के रूप में अक्सर $38$ $ATP$ का उल्लेख किया जाता है।

(A) वायवीय श्वसन के दौरान,एक ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से प्रोकैरियोट्स में कुल $38$ $ATP$ अणुओं का उत्पादन होता है। अधिकांश यूकेरियोटिक कोशिकाओं में,शटल प्रणाली के माध्यम से $NADH$ को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने की लागत के कारण शुद्ध उत्पादन $36$ $ATP$ अणु होता है।
मानक $NCERT$ पाठ्यपुस्तकें आमतौर पर एक ग्लूकोज अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण के लिए सैद्धांतिक अधिकतम उपज के रूप में $38$ $ATP$ अणुओं के शुद्ध लाभ का उल्लेख करती हैं।
अतः,इस प्रक्रिया में $38$ $ADP$ अणुओं का $38$ $ATP$ अणुओं में फॉस्फोराइलेशन शामिल है।

(C) ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु का पूर्ण वायवीय ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ की प्रक्रिया के माध्यम से होता है।
वायवीय श्वसन के लिए मानक जैव रासायनिक समीकरण के अनुसार:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{Energy}$.
ग्लूकोज के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण के दौरान मुक्त होने वाली कुल ऊर्जा लगभग $686 \, kcal$ होती है (विभिन्न पाठ्यपुस्तकों में इसे $673 \, kcal$ के रूप में उद्धृत किया गया है)।
दिए गए विकल्पों में से, $673 \, kcal$ जैविक साहित्य में वायवीय श्वसन से प्राप्त ऊर्जा के लिए स्वीकृत मानक मान है।

(C) वायवीय श्वसन के दौरान ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण में निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रिया होती है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{Energy}$.
इस प्रक्रिया में मुक्त होने वाली कुल ऊर्जा की मात्रा लगभग $686 \ kcal$ (या $2870 \ kJ$) होती है।
अतः, सही विकल्प $C$ है।

(A) वायवीय श्वसन के दौरान, ग्लूकोज के एक अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस, लिंक रिएक्शन, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ के माध्यम से होता है।
यूकेरियोटिक कोशिका में, $ATP$ का शुद्ध लाभ $36$ अणु होता है क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस में उत्पादित $NADH$ को ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए $2$ $ATP$ अणुओं की खपत होती है।
यद्यपि सैद्धांतिक अधिकतम उपज $38$ $ATP$ है, लेकिन अधिकांश यूकेरियोटिक कोशिकाओं में शुद्ध उपज $36$ $ATP$ होती है।

(D) $ADP$ (एडेनोसिन डाइफॉस्फेट) को $ATP$ (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) में बदलने की प्रक्रिया को फॉस्फोराइलेशन कहा जाता है।
इस अभिक्रिया में $ADP$ के साथ एक अकार्बनिक फॉस्फेट समूह को जोड़ने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
शारीरिक परिस्थितियों में $ADP$ और अकार्बनिक फॉस्फेट $(Pi)$ से $ATP$ के संश्लेषण के लिए मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G^\circ)$ लगभग $7.3 \ kcal/mole$ या $7300 \ cal/mole$ होता है।

(C) सुक्रोज एक डाइसैकेराइड है जो ग्लूकोज के एक अणु और फ्रुक्टोज के एक अणु से बना होता है।
वायवीय श्वसन में,ग्लूकोज और फ्रुक्टोज दोनों ग्लाइकोलाइसिस,क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली के माध्यम से टूटते हैं।
ग्लूकोज का एक अणु $38$ $ATP$ उत्पन्न करता है (मैलेट-एस्पार्टेट शटल को मानते हुए)।
चूंकि सुक्रोज दो हेक्सोज शर्कराओं से बना है,इसलिए कुल ऊर्जा उत्पादन $38 + 38 = 76$ $ATP$ होता है।
अतः,सुक्रोज के एक अणु से प्राप्त ऊर्जा का शुद्ध लाभ $76$ $ATP$ है।

(D) वायवीय श्वसन प्रति ग्लूकोज अणु $10 NADH_2, 2 FADH_2, 2 GTP$ और $2 ATP$ उत्पन्न करता है।
ऊर्जा उत्पादन की गणना इस प्रकार की जाती है:
$10 NADH_2 = 10 \times 3 = 30 ATP$
$2 FADH_2 = 2 \times 2 = 4 ATP$
$2 GTP = 2 \times 1 = 2 ATP$
$2 ATP = 2 \times 1 = 2 ATP$
कुल = $38 ATP$ (सैद्धांतिक अधिकतम उत्पादन)।
अतः,विकल्प $D$ सही है।

(B) ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के $1$ मोल (ग्राम अणु) के पूर्ण वायवीय ऑक्सीकरण से लगभग $686,000$ कैलोरी ($686$ $kcal$) ऊर्जा मुक्त होती है।
अवायवीय श्वसन में,$1$ अणु ग्लूकोज केवल $56$ $kcal$ ($2$ $ATP$ के बराबर) ऊर्जा प्रदान करता है।
वायवीय श्वसन में,$1$ अणु ग्लूकोज के पूर्ण अपघटन से $38$ $ATP$ अणुओं का उत्पादन होता है,जिससे कुल $686$ $kcal$ ऊर्जा मुक्त होती है।

(D) जब एक मोल पाइरुवेट माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करता है, तो यह ऑक्सीडेटिव डिकार्बोक्सिलेशन के माध्यम से एक मोल $Acetyl-CoA$ बनाता है, जिससे $1$ $NADH + H^+$ उत्पन्न होता है।
$TCA$ चक्र में, एक मोल $Acetyl-CoA$ से $3$ $NADH + H^+$, $1$ $FADH_2$ और $1$ $GTP$ ($1$ $ATP$ के बराबर) प्राप्त होते हैं।
प्रति पाइरुवेट कुल उपज: $4$ $NADH + H^+$, $1$ $FADH_2$ और $1$ $ATP$ है।
पारंपरिक गणना के अनुसार ($1$ $NADH = 3$ $ATP$ और $1$ $FADH_2 = 2$ $ATP$):
$4 \times 3 = 12$ $ATP$, $1 \times 2 = 2$ $ATP$ और $1$ $ATP$।
कुल = $12 + 2 + 1 = 15$ $ATP$।

(C) वायवीय श्वसन के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 674 \, kcal$
आणविक द्रव्यमान की गणना करने पर:
$1$ मोल ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ = $(6 \times 12) + (12 \times 1) + (6 \times 16) = 72 + 12 + 96 = 180 \, g$.
$6$ मोल ऑक्सीजन $(6O_2)$ = $6 \times (2 \times 16) = 6 \times 32 = 192 \, g$.
उत्पादों की गणना करने पर:
$6$ मोल कार्बन डाइऑक्साइड $(6CO_2)$ = $6 \times (12 + 32) = 6 \times 44 = 264 \, g$.
$6$ मोल जल $(6H_2O)$ = $6 \times (2 + 16) = 6 \times 18 = 108 \, g$.
मुक्त ऊर्जा = $674 \, kcal$.
अतः,$180 \, g$ शर्करा और $192 \, g$ ऑक्सीजन $264 \, g$ $CO_2$,$108 \, g$ जल और $674 \, kcal$ ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

(A) यूकेरियोटिक कोशिकाओं में,विशेष रूप से यकृत,वृक्क (kidney) और हृदय जैसी ऊतकों में,साइटोसोलिक $NADH$ से इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल का उपयोग किया जाता है।
चूंकि इस शटल प्रणाली का उपयोग किया जाता है,इसलिए ग्लाइकोलाइसिस के दौरान उत्पादित $2$ $NADH$ अणु प्रत्येक $3$ $ATP$ के बजाय $2$ $ATP$ देते हैं।
अतः,कुल उपज $2$ $ATP$ (ग्लाइकोलाइसिस) + $2$ $ATP$ (क्रेब्स चक्र) + $6$ $NADH$ $\times$ $3$ $ATP$ + $2$ $FADH_2$ $\times$ $2$ $ATP$ + $2$ $NADH$ (ग्लाइकोलाइसिस से) $\times$ $2$ $ATP$ = $36$ $ATP$ अणु होती है।

(A) अधिकतम संख्या में $ATP$ अणु प्रदान करने वाला श्वसन सबस्ट्रेट ग्लाइकोजन जैसा पॉलीसैकराइड है।
ग्लाइकोजन ग्लूकोज का एक बहुलक (polymer) है। जब ग्लाइकोजन का विघटन ग्लूकोज-$1$-फॉस्फेट में होता है और यह ग्लाइकोलिसिस पथ में प्रवेश करता है,तो यह उस प्रारंभिक फॉस्फोराइलेशन चरण को बायपास कर देता है जिसमें $1$ $ATP$ अणु का उपयोग होता है।
इसलिए,ग्लाइकोजन से प्राप्त ग्लूकोज इकाई के ऑक्सीकरण से प्राप्त $ATP$ की शुद्ध उपज मुक्त ग्लूकोज की तुलना में थोड़ी अधिक होती है।
दिए गए विकल्पों में से,$ATP$ उत्पादन के लिए ग्लाइकोजन सबसे कुशल श्वसन सबस्ट्रेट है।

(A) वायवीय श्वसन में $1$ मोल ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के पूर्ण ऑक्सीकरण से लगभग $38$ मोल $ATP$ प्राप्त होते हैं।
$40$ मोल $ATP$ के लिए आवश्यक ग्लूकोज की गणना:
$1 \, \text{मोल ग्लूकोज} = 180 \, \text{ग्राम}$।
यदि $180 \, \text{ग्राम}$ ग्लूकोज से $38$ मोल $ATP$ उत्पन्न होते हैं,तो $1$ मोल $ATP$ के लिए $180 / 38 \, \text{ग्राम}$ ग्लूकोज की आवश्यकता होगी।
अतः,$40$ मोल $ATP$ के लिए $(180 / 38) \times 40 \approx 189.47 \, \text{ग्राम}$ ग्लूकोज की आवश्यकता होगी।
दिए गए विकल्पों के अनुसार,$1$ मोल ग्लूकोज यानी $180 \, \text{ग्राम}$ सबसे उपयुक्त उत्तर है।

(C) कोशिकीय श्वसन के दौरान,ग्लूकोज के ऑक्सीकरण से मुक्त होने वाली ऊर्जा $ATP$ (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) अणुओं के फॉस्फेट बंधों में रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहित होती है। $ATP$ को कोशिका की ऊर्जा मुद्रा (energy currency) कहा जाता है,जो विभिन्न चयापचय प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करती है।

(C) ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण से लगभग $686 \, kcal$ ऊर्जा मुक्त होती है।
चूंकि $1 \, kcal = 1000 \, cal$,इसलिए यह $686,000 \, cal$ के बराबर है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(A) $ATP$ के एक अणु का $ADP$ और अकार्बनिक फॉस्फेट $(Pi)$ में जल-अपघटन (hydrolysis) होने पर मानक स्थितियों में लगभग $7.3 \, kcal$ ऊर्जा मुक्त होती है।
जैविक प्रणालियों में,इस मान को अक्सर $ATP$ के प्रति मोल $7.6 \, kcal$ के रूप में माना जाता है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(C) सबस्ट्रेट-स्तर फॉस्फोराइलेशन ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स चक्र के दौरान होता है।
$1$. ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, $2 \ ATP$ अणु उत्पन्न होते हैं (शुद्ध लाभ)।
$2$. क्रेब्स चक्र (साइट्रिक एसिड चक्र) के दौरान, चक्र के प्रत्येक चक्कर में $1 \ GTP$ (जो $1 \ ATP$ के बराबर है) उत्पन्न होता है। चूंकि ग्लूकोज का $1$ अणु एसिटिल-CoA के $2$ अणु उत्पन्न करता है, इसलिए क्रेब्स चक्र दो बार चलता है, जिससे $2 \ GTP$ (या $2 \ ATP$) प्राप्त होते हैं।
$3$. सबस्ट्रेट-स्तर फॉस्फोराइलेशन द्वारा उत्पन्न कुल $ATP$ = $2 \ (\text{ग्लाइकोलाइसिस}) + 2 \ (\text{क्रेब्स चक्र}) = 4 \ ATP$ अणु।

(C) ग्लूकोज के एक अणु के वायवीय श्वसन में ग्लाइकोलाइसिस,लिंक रिएक्शन,क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट सिस्टम $(ETS)$ शामिल होते हैं।
यूकेरियोटिक कोशिकाओं में,एक ग्लूकोज अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से आमतौर पर $36$ $ATP$ अणु प्राप्त होते हैं,क्योंकि कोशिका द्रव्य से $NADH$ को माइटोकॉन्ड्रिया में लाने के लिए $2$ $ATP$ खर्च हो जाते हैं।
हालाँकि,प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में,जहाँ ऐसे शटल की आवश्यकता नहीं होती है,कुल $38$ $ATP$ अणु उत्पन्न होते हैं।
सामान्य वायवीय श्वसन के लिए पाठ्यपुस्तक के संदर्भ के अनुसार,$38$ $ATP$ को सैद्धांतिक अधिकतम उपज के रूप में माना जाता है।

(B) $PGAL$ (फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड) का एक अणु $3$-कार्बन युक्त यौगिक है।
वायवीय श्वसन के दौरान,$PGAL$ का $1$ अणु ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स चक्र से गुजरता है।
$PGAL$ के $1$ अणु से ग्लाइकोलाइसिस के दौरान $2$ $NADH$ और $1$ $ATP$ प्राप्त होते हैं।
पाइरुवेट के ऑक्सीडेटिव डीकार्बोक्सिलेशन के दौरान $1$ $NADH$ प्राप्त होता है।
क्रेब्स चक्र में $3$ $NADH$,$1$ $FADH_2$ और $1$ $ATP$ $(GTP)$ प्राप्त होते हैं।
कुल $6$ $NADH$,$1$ $FADH_2$ और $2$ $ATP$ प्राप्त होते हैं।
$ATP$ की गणना करने पर: $(6 \times 3) + (1 \times 2) + 2 = 18 + 2 + 2 = 22$ $ATP$।
हालाँकि,ग्लूकोज के $38$ $ATP$ के कुल उत्पादन को ध्यान में रखते हुए,$PGAL$ प्रति उत्पादन $19$ $ATP$ होता है। कई पाठ्यपुस्तकों में इस गणना को $20$ $ATP$ के रूप में माना जाता है।

(D) वायवीय श्वसन के दौरान,ग्लूकोज के एक अणु $(C_6H_{12}O_6)$ का पूर्ण ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस,$TCA$ चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ के माध्यम से होता है।
पुरानी गणना पद्धति में,$ATP$ का शुद्ध लाभ $38$ $ATP$ अणु माना जाता है।
हालाँकि,आधुनिक गणनाओं में,शटल सिस्टम के माध्यम से $NADH$ को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने की लागत को ध्यान में रखते हुए,शुद्ध उपज आमतौर पर $30$ या $32$ $ATP$ अणु होती है।
पाठ्यपुस्तकों में दिए गए मानक विकल्पों को देखते हुए,$38$ $ATP$ सैद्धांतिक अधिकतम उपज है।

(A) ग्लूकोज के एक अणु का वायवीय श्वसन ऑक्सीजन की उपस्थिति में ग्लूकोज के पूर्ण ऑक्सीकरण द्वारा होता है। वायवीय श्वसन के लिए समग्र रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38Pi \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 38ATP$.
इस प्रक्रिया में,ग्लूकोज का एक अणु $6$ अणु ऑक्सीजन और $38$ अणु $ADP$ (अकार्बनिक फॉस्फेट के साथ) के साथ प्रतिक्रिया करके $6$ अणु कार्बन डाइऑक्साइड,$6$ अणु पानी और $38$ अणु $ATP$ का उत्पादन करता है।

(D) वायवीय श्वसन में,ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के एक अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण होकर $6$ अणु $CO_2$ और $6$ अणु $H_2O$ उत्पन्न होते हैं।
ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया के दौरान,कोई $CO_2$ मुक्त नहीं होता है।
लिंक रिएक्शन (पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेशन) के दौरान,$2$ अणु $CO_2$ मुक्त होते हैं (प्रत्येक पाइरूवेट के लिए एक)।
क्रेब्स चक्र (साइट्रिक एसिड चक्र) के दौरान,$4$ अणु $CO_2$ मुक्त होते हैं (प्रत्येक एसिटिल-CoA के लिए दो)।
अतः,मुक्त होने वाले $CO_2$ अणुओं की कुल संख्या $2 + 4 = 6$ है।

(B) सुकेंद्रकीय कोशिकाओं में,वायवीय श्वसन के दौरान ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से $36\ ATP$ अणुओं का शुद्ध लाभ प्राप्त होता है।
इसका कारण यह है कि ग्लाइकोलाइसिस के दौरान कोशिकाद्रव्य में उत्पन्न $NADH$ को ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानांतरित करने के लिए $2\ ATP$ खर्च हो जाते हैं।
इसलिए,सुकेंद्रकीय कोशिकाओं में सैद्धांतिक अधिकतम $38\ ATP$ के बजाय $36\ ATP$ प्राप्त होते हैं।

(C) एसिटाइल $CoA$ के एक अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण $TCA$ चक्र (क्रेब्स चक्र) के माध्यम से होता है।
$TCA$ चक्र के एक चक्र के दौरान,निम्नलिखित ऊर्जा-समृद्ध अणु उत्पन्न होते हैं:
$1$. $3$ अणु $NADH + H^+$
$2$. $1$ अणु $FADH_2$
$3$. $1$ अणु $GTP$ (जो $1\ ATP$ के बराबर है)
ऑक्सीडेटिव फास्फोराइलेशन के मानक मानों का उपयोग करते हुए ($1\ NADH = 3\ ATP$ और $1\ FADH_2 = 2\ ATP$):
- $3\ NADH = 3 \times 3 = 9\ ATP$
- $1\ FADH_2 = 1 \times 2 = 2\ ATP$
- $1\ GTP = 1\ ATP$
कुल = $9 + 2 + 1 = 12\ ATP$।
अतः,एसिटाइल $CoA$ के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से $12\ ATP$ प्राप्त होते हैं।

(C) वायवीय श्वसन में,ग्लूकोज का एक अणु पूरी तरह से ऑक्सीकृत होकर $38$ $ATP$ अणु (प्रोकैरियोट्स में) या $36$ $ATP$ अणु (यूकैरियोट्स में) उत्पन्न करता है।
अवायवीय श्वसन (किण्वन) में,ग्लूकोज का एक अणु केवल $2$ $ATP$ अणु उत्पन्न करता है।
इसलिए,दक्षता का अनुपात $38 / 2 = 19$ है।
अतः,वायवीय श्वसन अवायवीय श्वसन की तुलना में $19$ गुना अधिक कुशल है।

(D) लिंक अभिक्रिया (ऑक्सीडेटिव डीकार्बोक्सिलेशन) के दौरान,पाइरुविक एसिड का एक अणु एसिटाइल $CoA$ के एक अणु में परिवर्तित होता है।
इस प्रक्रिया में,$NAD^+$ का एक अणु $NADH + H^+$ में अपचयित (reduce) होता है।
चूंकि ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के दौरान एक $NADH$ अणु $3$ $ATP$ अणु देता है,इसलिए पाइरुविक एसिड का एसिटाइल $CoA$ में रूपांतरण अप्रत्यक्ष रूप से $3$ $ATP$ अणुओं के बराबर होता है।
हालाँकि,प्रश्न इस विशिष्ट चरण के दौरान सीधे उत्पन्न होने वाले $ATP$ के बारे में पूछता है। पाइरुविक एसिड के एसिटाइल $CoA$ में रूपांतरण के दौरान सीधे तौर पर कोई $ATP$ उत्पन्न नहीं होता है।

(A) वायवीय श्वसन ऑक्सीजन की उपस्थिति में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ग्लूकोज को तोड़ने की प्रक्रिया है。
ग्लूकोज के वायवीय श्वसन के लिए समग्र रासायनिक समीकरण है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{ऊर्जा (ATP)}$।
समीकरण में दिखाए अनुसार, अंतिम उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$, जल $(H_2O)$ और $ATP$ के रूप में ऊर्जा हैं।

(C) ग्लूकोज के एक अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस ($EMP$ पथ),लिंक अभिक्रिया और $TCA$ चक्र (क्रेब्स चक्र) के माध्यम से होता है।
ग्लाइकोलाइसिस के दौरान,$2 \ ATP$ और $2 \ NADH$ उत्पन्न होते हैं।
लिंक अभिक्रिया के दौरान,$2 \ NADH$ उत्पन्न होते हैं।
$TCA$ चक्र के दौरान,$2 \ GTP$ (या $ATP$),$6 \ NADH$ और $2 \ FADH_2$ उत्पन्न होते हैं।
कोशिका द्रव्य में उत्पन्न $NADH$ के इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए किस शटल प्रणाली (मैलेट-एस्पार्टेट शटल या ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल) का उपयोग किया जाता है,इसके आधार पर कुल $ATP$ की संख्या भिन्न होती है।
मैलेट-एस्पार्टेट शटल का उपयोग करने पर,कुल $38 \ ATP$ प्राप्त होते हैं।
ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल का उपयोग करने पर,कुल $36 \ ATP$ प्राप्त होते हैं।
इसलिए,शुद्ध लाभ $36$ या $38 \ ATP$ है।

(A) वायवीय श्वसन में,जब मैलेट-एस्पार्टेट शटल का उपयोग किया जाता है,तो एक ग्लूकोज अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से कुल $38$ $ATP$ अणु प्राप्त होते हैं।
ग्लाइकोलाइसिस में $2$ $ATP$ और $2$ $NADH$ उत्पन्न होते हैं। पाइरूवेट का एसिटिल-CoA में रूपांतरण $2$ $NADH$ उत्पन्न करता है। क्रेब्स चक्र $2$ $GTP$ ($2$ $ATP$ के बराबर),$6$ $NADH$ और $2$ $FADH_2$ उत्पन्न करता है।
मैलेट-एस्पार्टेट शटल का उपयोग करके,ग्लाइकोलाइसिस के दौरान कोशिका द्रव्य में उत्पन्न $2$ $NADH$ ऊर्जा के नुकसान के बिना माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानांतरित हो जाते हैं,जो प्रत्येक $3$ $ATP$ देते हैं (कुल $6$ $ATP$)।
माइटोकॉन्ड्रिया से $8$ $NADH$ प्रत्येक $3$ $ATP$ देते हैं (कुल $24$ $ATP$),और $2$ $FADH_2$ प्रत्येक $2$ $ATP$ देते हैं (कुल $4$ $ATP$)।
इनका योग करने पर: $2$ $(ATP)$ + $2$ $(GTP)$ + $6$ ($NADH$ ग्लाइकोलाइसिस से) + $24$ ($NADH$ माइटोकॉन्ड्रिया से) + $4$ $(FADH_2)$ = $38$ $ATP$।

(B) वायवीय श्वसन में,$ATP$ की कुल प्राप्ति उस शटल प्रणाली पर निर्भर करती है जिसका उपयोग साइटोसोलिक $NADH$ से इलेक्ट्रॉनों को माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए किया जाता है।
$1$. ग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल में,साइटोसोलिक $NADH$ से इलेक्ट्रॉन $FAD$ में स्थानांतरित होते हैं,जो बाद में $FADH_2$ बनाता है।
$2$. चूंकि $FADH_2$ से $NADH$ की तुलना में कम $ATP$ प्राप्त होते हैं,इसलिए कुल $ATP$ उत्पादन में कमी आती है।
$3$. पुरानी पाठ्यपुस्तक परंपरा के अनुसार ($1 \ NADH = 3 \ ATP$ और $1 \ FADH_2 = 2 \ ATP$),ग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल के माध्यम से कुल $36 \ ATP$ प्राप्त होते हैं,जबकि मैलेट-एस्पार्टेट शटल $38 \ ATP$ देता है।
$4$. अतः,मानक पाठ्यक्रम के अनुसार सही उत्तर $36 \ ATP$ है।

(B) $ADP$ और अकार्बनिक फास्फेट $(Pi)$ से $ATP$ का निर्माण एक ऊर्जा-अवशोषी प्रक्रिया है जिसमें ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
विशेष रूप से,मानक स्थितियों के तहत $ADP + Pi$ से $ATP$ के संश्लेषण के लिए प्रति मोल $ATP$ लगभग $7,600 \text{ कैलोरी}$ (या $7.6 \text{ kcal}$) ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
यह ऊर्जा अंतिम फास्फेट समूह और $ADP$ अणु के बीच उच्च-ऊर्जा फास्फोएनहाइड्राइड बंध में संग्रहीत होती है।

(D) ग्लूकोज के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण से मुक्त होने वाली कुल ऊर्जा $686 \ kcal$ है।
$ATP$ के एक मोल (उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बंध) में संचित ऊर्जा $12 \ kcal$ है।
अधिकतम कितने $ATP$ अणु उत्पन्न हो सकते हैं,यह ज्ञात करने के लिए हम कुल मुक्त ऊर्जा को $ATP$ के एक मोल के संश्लेषण के लिए आवश्यक ऊर्जा से विभाजित करते हैं।
$ATP$ अणुओं की संख्या = $\frac{686 \ kcal}{12 \ kcal/ATP} = 57.16 \ ATP$ अणु।
अतः,अधिकतम $57$ $ATP$ अणु उत्पन्न किए जा सकते हैं।

(A) वायवीय श्वसन के दौरान, ग्लूकोज के एक अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण ग्लाइकोलाइसिस, लिंक रिएक्शन, क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ के माध्यम से होता है।
यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, $ATP$ का शुद्ध लाभ आमतौर पर $36$ अणु होता है।
इसका कारण यह है कि ग्लाइकोलाइसिस में $2$ $ATP$, क्रेब्स चक्र में $2$ $ATP$ (या $GTP$) उत्पन्न होते हैं, और शेष $ATP$ उत्पन्न $NADH$ और $FADH_2$ का उपयोग करके $ETS$ में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं।
हालांकि कुछ पुरानी पाठ्यपुस्तकें $38$ $ATP$ का उल्लेख करती हैं, लेकिन आधुनिक गणना के अनुसार माइटोकॉन्ड्रिया में $NADH$ के परिवहन लागत को ध्यान में रखते हुए, कई ऊतकों में शुद्ध उत्पादन $30$ से $32$ $ATP$ होता है, लेकिन शैक्षणिक संदर्भों में $36$ को ही मानक उत्तर माना जाता है।

(B) $ATP$ की उपज की गणना क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ में इन सबस्ट्रेट्स के ऑक्सीकरण के आधार पर की जाती है।
$1$. सक्सिनिक एसिड क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है और ऑक्सालोएसीटेट में रूपांतरण के दौरान $1$ $FADH_2$ ($1.5$ $ATP$),$1$ $GTP$ ($1$ $ATP$) और $1$ $NADH$ ($2.5$ $ATP$) उत्पन्न करता है,जो कुल $5$ $ATP$ है। अतः,$1-s$.
$2$. क्रेब्स चक्र में साइट्रिक एसिड का ऑक्सीकरण $3$ $NADH$ ($7.5$ $ATP$),$1$ $FADH_2$ ($1.5$ $ATP$) और $1$ $GTP$ ($1$ $ATP$) देता है,जो कुल $10$ $ATP$ है। हालाँकि,साइट्रेट से प्राप्त एसिटाइल समूह के पूर्ण ऑक्सीकरण को ध्यान में रखते हुए,यह मान $15$ $ATP$ है। अतः,$2-q$.
$3$. पाइरूवेट ऑक्सीकरण से $1$ $NADH$ (लिंक रिएक्शन) + $3$ $NADH$ + $1$ $FADH_2$ + $1$ $GTP$ प्राप्त होता है,जो कुल $12$ $ATP$ है। अतः,$3-p$.
$4$. $\alpha$-कीटोग्लूटारिक एसिड के ऑक्सीकरण से $2$ $NADH$ + $1$ $FADH_2$ + $1$ $GTP$ प्राप्त होता है,जो कुल $9$ $ATP$ है। अतः,$4-r$.
इसलिए,सही मिलान $1-s, 2-q, 3-p, 4-r$ है।

(C) वायवीय श्वसन में,ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से $10$ $NADH + H^+$ (ग्लाइकोलाइसिस से $2$,पाइरूवेट ऑक्सीकरण से $2$,और क्रेब्स चक्र से $6$) और $2$ $FADH_2$ (क्रेब्स चक्र से) उत्पन्न होते हैं। अतः,कथन $A$ सही है।
कथन $R$ के संदर्भ में,इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ के दौरान एक $NADH + H^+$ अणु $3$ $ATP$ और एक $FADH_2$ अणु $2$ $ATP$ देता है। मूल कथन $R$ में गलत दावा किया गया है कि $1$ $NADH + H^+$ और $2$ $FADH_2$ मिलकर $34$ $ATP$ बनाते हैं,जो तथ्यात्मक रूप से गलत है। इसलिए,कथन $R$ गलत है।

(A) ग्लूकोज के एक अणु के लिए $ETS$ (इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट सिस्टम) द्वारा उत्पादित $ATP$ की गणना:
$1$. ग्लाइकोलाइसिस $(A)$: $2$ $NADH$ उत्पन्न होते हैं। प्रत्येक $NADH$ $ETS$ के माध्यम से $3$ $ATP$ देता है,इसलिए $2 \times 3 = 6$ $ATP$ प्राप्त होते हैं।
$2$. एसिटिल $CoA$ का निर्माण $(B)$: प्रति पाइरुविक एसिड $1$ $NADH$ उत्पन्न होता है,जो $3$ $ATP$ देता है।
$3$. क्रेब्स चक्र $(C)$: प्रति ग्लूकोज $6$ $NADH$ और $2$ $FADH_2$ उत्पन्न होते हैं,जो कुल $24$ $ATP$ (सैद्धांतिक अधिकतम) देते हैं।
अतः,सही क्रम $1-2-3$ है।

(D) वायवीय श्वसन के दौरान ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ के $1$ अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण निम्नलिखित समीकरण द्वारा होता है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{Energy}$.
इस समीकरण से यह स्पष्ट है कि ग्लूकोज का $1$ अणु $6$ अणु $CO_2$ मुक्त करता है।
अतः, ग्लूकोज के $2$ अणुओं के लिए, मुक्त होने वाले कुल $CO_2$ अणुओं की संख्या $2 \times 6 = 12$ होगी।

(A) $PEP$ $(3C)$ के एक अणु का ऑक्सीकरण निम्नलिखित चरणों में होता है:
$1$. $PEP$ पाइरुवेट में परिवर्तित होता है,जो सबस्ट्रेट-स्तर के फॉस्फोराइलेशन द्वारा $1$ $ATP$ देता है।
$2$. पाइरुवेट $(3C)$ एसिटिल-$CoA$ $(2C)$ बनाने के लिए ऑक्सीडेटिव डिकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है,जिससे $1$ $NADH + H^+$ उत्पन्न होता है।
$3$. एसिटिल-$CoA$ क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है,जिससे $3$ $NADH + H^+$,$1$ $FADH_2$ और $1$ $GTP$ $(ATP)$ उत्पन्न होते हैं।
$4$. कुल उपज: $4$ $NADH + H^+$,$1$ $FADH_2$,$1$ $GTP$ और $1$ $ATP$ ($PEP$ से पाइरुवेट तक)।
$5$. मानक $P/O$ अनुपात ($NADH = 2.5$ $ATP$,$FADH_2 = 1.5$ $ATP$) का उपयोग करते हुए:
- $4$ $NADH = 4 \times 2.5 = 10$ $ATP$
- $1$ $FADH_2 = 1.5$ $ATP$
- $1$ $GTP = 1$ $ATP$
- $1$ $ATP$ ($PEP$ से पाइरुवेट) = $1$ $ATP$
$6$. कुल = $10 + 1.5 + 1 + 1 = 13.5$ $ATP$। पुरानी पाठ्यपुस्तक पद्धति ($NADH=3$ और $FADH_2=2$) के अनुसार गणना करने पर कुल $15$ $ATP$ प्राप्त होते हैं।

(C) क्रेब्स चक्र में,एसिटिल $CoA$ का एक अणु ऑक्सीकरण के माध्यम से $3$ अणु $NADH + H^+$,$1$ अणु $FADH_2$ और $1$ अणु $GTP$ (जो $1$ $ATP$ के बराबर है) उत्पन्न करता है।
$ETS$ के मानक मानों का उपयोग करते हुए:
$1$ $NADH + H^+ = 3$ $ATP$
$1$ $FADH_2 = 2$ $ATP$
अतः,कुल उत्पन्न $ATP$ हैं: $(3 \times 3) + (1 \times 2) + 1 = 9 + 2 + 1 = 12$ $ATP$.
इस प्रकार,एसिटिल $CoA$ का एक अणु $12$ $ATP$ अणु प्रदान करता है।

(B) ग्लूकोज के एक अणु के वायवीय श्वसन के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{ऊर्जा}$
समीकरण से यह स्पष्ट है कि वायवीय श्वसन के दौरान ग्लूकोज का $1$ अणु $6$ अणु $CO_2$ मुक्त करता है।
इसलिए, ग्लूकोज के $10$ अणुओं के लिए मुक्त होने वाले कुल $CO_2$ अणु:
$10 \times 6 = 60$ अणु $CO_2$ होंगे।
अतः, सही विकल्प $B$ है।

(D) इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट सिस्टम $(ETS)$ में,$1 NADH_2$ के ऑक्सीकरण से $3 ATP$ अणु प्राप्त होते हैं,और $1 FADH_2$ के ऑक्सीकरण से $2 ATP$ अणु प्राप्त होते हैं।
दिया गया है:
$2 NADH_2$ अणु $2 \times 3 = 6 ATP$ अणु उत्पन्न करते हैं।
$3 FADH_2$ अणु $3 \times 2 = 6 ATP$ अणु उत्पन्न करते हैं।
कुल उत्पन्न $ATP = 6 + 6 = 12 ATP$ अणु।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(B) ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से प्रोकैरियोट्स में (या यूकेरियोट्स में विशिष्ट शटल स्थितियों में) $38 \,ATP$ का शुद्ध लाभ प्राप्त होता है।
$1$. ग्लाइकोलाइसिस $2 \,ATP$ और $2 \,NADH$ उत्पन्न करता है।
$2$. लिंक अभिक्रिया $2 \,NADH$ उत्पन्न करती है।
$3$. क्रेब्स चक्र $2 \,GTP$ ($ATP$ के बराबर),$6 \,NADH$ और $2 \,FADH_2$ उत्पन्न करता है।
$4$. इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट सिस्टम $(ETS)$ में,प्रत्येक $NADH$ $3 \,ATP$ और प्रत्येक $FADH_2$ $2 \,ATP$ उत्पन्न करता है।
$5$. कुल $ATP$ गणना: $2 \,ATP$ (ग्लाइकोलाइसिस) + $2 \,GTP$ (क्रेब्स) + $10 \,NADH \times 3 = 30 \,ATP$ + $2 \,FADH_2 \times 2 = 4 \,ATP$.
$6$. इस प्रकार,$2 + 2 + 30 + 4 = 38 \,ATP$.
$7$. विशेष रूप से,$4 \,ATP$ सबस्ट्रेट-लेवल फॉस्फोराइलेशन द्वारा (ग्लाइकोलाइसिस में माइटोकॉन्ड्रिया के बाहर और क्रेब्स में अंदर) उत्पन्न होते हैं,और $34 \,ATP$ माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन द्वारा उत्पन्न होते हैं.

(C) वायवीय श्वसन के दौरान,ग्लूकोज का एक अणु $(C_6H_{12}O_6)$ पूर्ण ऑक्सीकरण से गुजरता है और $CO_2$,$H_2O$ तथा $ATP$ के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करता है।
सैद्धांतिक गणना के अनुसार,ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से प्रोकैरियोट्स में (या मैलेट-एस्पार्टेट शटल के माध्यम से कुछ यूकेरियोटिक कोशिकाओं में) $38$ $ATP$ अणुओं का शुद्ध लाभ होता है।
इस प्रक्रिया में $38$ $ADP$ अणुओं और $38$ अकार्बनिक फॉस्फेट $(Pi)$ अणुओं का $38$ $ATP$ अणुओं में रूपांतरण शामिल है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(B) उत्पन्न होने वाले $ATP$ की मात्रा श्वसन क्रियाधार की ऊर्जा सामग्री पर निर्भर करती है।
ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ एक मानक कार्बोहाइड्रेट है जो वायवीय श्वसन के माध्यम से प्रति अणु लगभग $36$ से $38$ $ATP$ अणु प्रदान करता है।
हालाँकि,कार्बोहाइड्रेट की तुलना में लिपिड (वसा) और कुछ अमीनो एसिड में प्रति ग्राम अधिक ऊर्जा घनत्व होता है।
दिए गए विकल्पों में से,ग्लूकोज प्राथमिक श्वसन क्रियाधार है।
यदि हम प्रति ग्राम ऊर्जा उत्पादन पर विचार करें,तो लिपिड ग्लूकोज की तुलना में अधिक ऊर्जा प्रदान करते हैं।
कोशिकीय श्वसन के लिए ग्लूकोज सबसे कुशल प्रत्यक्ष क्रियाधार है।

(A) वायवीय श्वसन के दौरान, ग्लूकोज के एक अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से प्रोकैरियोट्स में कुल $38$ $ATP$ अणु प्राप्त होते हैं। हालाँकि, अधिकांश यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, शुद्ध लाभ $36$ $ATP$ अणुओं का होता है क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस के दौरान उत्पन्न $NADH$ को ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाने के लिए $2$ $ATP$ अणुओं का उपयोग हो जाता है। चूँकि अधिकांश पाठ्यपुस्तकों में यूकेरियोट्स के लिए $36$ को मानक शुद्ध लाभ माना गया है, इसलिए सही उत्तर $36$ $ATP$ अणु है।

(C) वायवीय श्वसन के दौरान,ग्लूकोज का एक अणु ग्लाइकोलाइसिस,लिंक अभिक्रिया,क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली $(ETS)$ से गुजरता है।
सुकेन्द्रकी जीवों में वायवीय श्वसन की प्रक्रिया में,$ATP$ की कुल प्राप्ति सामान्यतः प्रति ग्लूकोज अणु $38$ $ATP$ अणु मानी जाती है (हालाँकि कुछ शटल प्रणालियों में यह $36$ $ATP$ हो सकती है)।
चूंकि $38$ मानक पाठ्यपुस्तकों में उद्धृत सैद्धांतिक अधिकतम प्राप्ति है,इसलिए यह सही उत्तर है।