MPSC 2023 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 68 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (3) — NADPH व ATP ची निर्मिती करणे. प्रकाश-संश्लेषण दोन टप्प्यांत चालते, आणि या प्रश्नाचा संपूर्ण रोख ते दोन टप्पे वेगळे ठेवण्यावरच आहे. प्रकाशावर आधारित प्रक्रिया हरितलवकातील थायलॅकॉइड पटलांवर घडते आणि तिला प्रकाश थेट लागतो; प्रकाशावर अवलंबून नसलेली प्रक्रिया, म्हणजे कॅल्व्हिन चक्र, स्ट्रोमामध्ये घडते आणि तिला प्रकाश थेट लागत नाही. प्रकाश-प्रक्रिया सूर्यप्रकाशाची ऊर्जा पकडून ती दोन वाहून नेण्याजोग्या रासायनिक रूपांत साठवते — ATP, जे ऊर्जा वाहते, आणि NADPH, जे क्षपणशक्ती वाहते; या दोघांना मिळून पेशीची आत्मसातशक्ती म्हणतात. पर्याय (3) नेमके तेच सांगतो, म्हणून तोच उत्तर आहे. यंत्रणा अशी चालते. प्रकाशसंस्था II मधील रंगद्रव्यांनी शोषलेल्या प्रकाशामुळे इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात; ते इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेतून प्रकाशसंस्था I कडे जातात, तिथे दुसऱ्यांदा प्रकाश शोषला जाऊन त्यांना पुन्हा वर उचलले जाते, आणि अखेरीस त्यांच्या साहाय्याने NADP⁺ चे क्षपण होऊन NADPH तयार होते. प्रकाशसंस्था II ने गमावलेले इलेक्ट्रॉन पाण्यापासून भरून काढले जातात; त्यासाठी पाण्याचे विघटन होते, त्या प्रक्रियेला प्रकाश-विघटन म्हणतात, आणि हिरव्या वनस्पतीतून बाहेर पडणारा ऑक्सिजन याच विघटनातून निघतो — म्हणजे तो पाण्यातून येतो, कार्बन डायऑक्साइडमधून नाही. इलेक्ट्रॉन शृंखलेतून खाली उतरत असताना प्रोटॉन थायलॅकॉइडच्या पोकळीत ढकलले जातात, आणि त्यातून तयार होणारा प्रोटॉन प्रवणता-फरक ATP सिंथेज या विकराकडून ATP बनवून घेतो; या प्रक्रियेला प्रकाश-फॉस्फोरायलेशन म्हणतात. म्हणजे प्रकाश-टप्पा तीन उत्पादने देतो : ATP, NADPH आणि ऑक्सिजन. दुसरा टप्पा नंतर पहिल्या टप्प्याने कमावलेले खर्च करतो : कॅल्व्हिन चक्रात RuBisCO या विकराच्या साहाय्याने कार्बन डायऑक्साइडचे स्थिरीकरण होते आणि तिथे ATP व NADPH वापरले जाऊन कर्बोदक तयार होते. निर्मिती कुठे आणि वापर कुठे, हा भेदच या प्रश्नाचा गाभा आहे : प्रकाश-प्रक्रिया NADPH व ATP निर्माण करते, आणि पर्याय (3) हेच उत्तर.

• (1)NADH₂ व ATP चे रूपांतर करणे — इथे दोन स्वतंत्र चुका आहेत आणि पहिली अधिक महत्त्वाची. प्रकाश-संश्लेषणात क्षपण होते ते NADP⁺ चे आणि तयार होते ते NADPH; NADH हे श्वसनाशी जोडलेले सहविकर असून तिथे NAD⁺ चे क्षपण होऊन ते बनते. NADP आणि NAD ही अक्षरे जवळजवळ सारखी दिसतात, म्हणून हा पर्याय वरवर वाचणाऱ्याला अडकवतो, पण फरक कार्यात्मक आहे : NADPH ही जैवसंश्लेषणासाठी लागणारी क्षपणशक्ती पुरवते, तर NADH श्वसनाच्या इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेला अन्न पुरवते. दुसरी चूक क्रियापदाची — 'रूपांतर करणे' असे म्हटले असले तरी प्रकाश-प्रक्रियेचे मुख्य कार्य आधी अस्तित्वात असलेल्या रेणूंचे रूपांतर करणे नसून प्रकाश-ऊर्जेच्या जोरावर हे वाहक रेणू नव्याने तयार करणे आहे. म्हणून नाव आणि क्रिया अशा दोन्ही पातळ्यांवर हा पर्याय चुकतो.
• (2)NADPH व ATP चा उपयोग करणे — पानावरील सर्वांत धोकादायक पर्याय हाच आहे, कारण त्यातील रेणूंची नावे अगदी बरोबर आहेत आणि फक्त क्रियापद उलटे आहे. NADPH व ATP चा उपयोग खरोखरच होतो, पण तो प्रकाशावर आधारित प्रक्रियेत नव्हे तर तिच्यानंतर येणाऱ्या कॅल्व्हिन चक्रात, म्हणजे प्रकाशावर अवलंबून नसलेल्या टप्प्यात — तिथे कार्बन डायऑक्साइडचे कर्बोदकात रूपांतर करण्यासाठी ते खर्च होतात. म्हणजे हा पर्याय दुसऱ्या टप्प्याचे वर्णन पहिल्या टप्प्याला चिकटवतो. दोन टप्पे मिळून एकच रेणू-जोडी एकीकडे कमावली जाते आणि दुसरीकडे खर्च केली जाते, हे लक्षात ठेवले की गोंधळ संपतो : थायलॅकॉइडवर निर्मिती, स्ट्रोमामध्ये वापर. या प्रश्नात नेमकी ही दिशा तपासली जाते, आणि नावांवर थांबून क्रियापद न वाचणारा उमेदवार इथेच गुण गमावतो.
• (4)वरील सर्व — 'वरील सर्व' हा पर्याय तेव्हाच बरोबर ठरतो जेव्हा त्याच्या वरील तिन्ही विधाने बरोबर असतात, आणि इथे तशी परिस्थिती नाही. पर्याय (1) चुकीचे सहविकर घेतो आणि पर्याय (2) चुकीचा टप्पा घेतो, म्हणून त्या दोघांना सामावून घेणारा हा पर्यायही आपोआप चुकीचा ठरतो. शिवाय पर्याय (2) आणि (3) एकमेकांच्या विरोधी आहेत — एकच प्रक्रिया एकाच वेळी NADPH व ATP ची निर्मितीही करते आणि उपयोगही करते असे म्हणणे विसंगत आहे — म्हणून ते दोन्ही एकत्र खरे असू शकत नाहीत आणि 'वरील सर्व' तार्किकदृष्ट्याच बाद होतो. परस्परविरोधी विधाने यादीत असतील तेव्हा 'वरील सर्व' निवडता येत नाही, हा नियम अशा प्रश्नांत आकडेमोडीशिवाय वापरता येतो.

प्रकाश-संश्लेषण म्हणजे हरितलवकात घडणारी दोन टप्प्यांची प्रक्रिया, आणि दोन्ही टप्प्यांची जागा, गरज व उत्पादने वेगवेगळी आहेत. पहिला टप्पा थायलॅकॉइड पटलांवर घडतो आणि त्याला प्रकाश थेट लागतो. तिथे प्रकाशसंस्था II व प्रकाशसंस्था I या दोन रंगद्रव्य-संकुलांमधून इलेक्ट्रॉन वाहतात; वाटेत प्रोटॉन थायलॅकॉइडच्या पोकळीत साठून प्रवणता तयार होते आणि ATP सिंथेज त्या प्रवणतेवर ATP बनवते, तर शृंखलेच्या शेवटी NADP⁺ चे क्षपण होऊन NADPH तयार होते. प्रकाशसंस्था II ला लागणारे इलेक्ट्रॉन पाण्याच्या प्रकाश-विघटनातून मिळतात आणि त्याच विघटनातून ऑक्सिजन मोकळा होतो — म्हणजे वनस्पती सोडत असलेला ऑक्सिजन पाण्यातून येतो, कार्बन डायऑक्साइडमधून नाही. दुसरा टप्पा स्ट्रोमामध्ये घडतो आणि त्याला प्रकाशाची थेट गरज नसते; तिथे RuBisCO हे विकर रिब्युलोज बायफॉस्फेटवर कार्बन डायऑक्साइड बसवते आणि पुढच्या पायऱ्यांत पहिल्या टप्प्याने पुरवलेले ATP व NADPH खर्च होऊन कर्बोदक तयार होते. हिशेब असा : स्थिर होणाऱ्या प्रत्येक कार्बन डायऑक्साइड रेणूमागे तीन ATP आणि दोन NADPH खर्च होतात. प्रकाश-फॉस्फोरायलेशनचे दोन प्रकारही या चौकटीत बसतात — अचक्रीय प्रकारात दोन्ही प्रकाशसंस्था भाग घेतात आणि ATP, NADPH व ऑक्सिजन तिन्ही मिळतात, तर चक्रीय प्रकारात फक्त प्रकाशसंस्था I वापरली जाते आणि केवळ ATP मिळते, NADPH किंवा ऑक्सिजन मिळत नाही. शेवटी सहविकरांचा भेद : प्रकाश-संश्लेषणात NADP⁺ चे NADPH होते आणि श्वसनात NAD⁺ चे NADH होते; पहिले जैवसंश्लेषणासाठी क्षपणशक्ती पुरवते, दुसरे श्वसनाच्या वहन शृंखलेला इलेक्ट्रॉन पुरवते.

प्रकाश-संश्लेषण हा एमपीएससीच्या जीवशास्त्र विभागातील ठरलेला विषय आहे आणि त्यावरील प्रश्न बहुतेक वेळा एकाच जागी भेद करतात : दोन टप्प्यांतील कोणती गोष्ट कोणत्या टप्प्यात घडते. या प्रश्नाची रचना त्याचे नेमके उदाहरण आहे — चारपैकी दोन पर्यायांत रेणूंची नावे अगदी बरोबर आहेत आणि फरक फक्त क्रियापदात, निर्मिती की उपयोग. म्हणजे विषय ओळखीचा असूनही उत्तर देताना पूर्ण ओळ वाचावी लागते, आणि नावांवरून अंदाज बांधणाऱ्याला काहीच फायदा होत नाही. या विषयातील दुसरी नेहमीची परीक्षा NADP व NAD या दोन अक्षरजोड्यांची असते; ती इथे पर्याय (1) मध्ये आली आहे आणि उमेदवाराच्या घाईवरच अवलंबून आहे. आणखी एक वारंवार विचारला जाणारा मुद्दा म्हणजे प्रकाश-संश्लेषणात बाहेर पडणारा ऑक्सिजन कुठून येतो; उत्तर पाण्यापासून असे असून ते प्रकाश-विघटनाशी थेट जोडलेले आहे. तयारीच्या दृष्टीने सर्वांत उपयोगी साधन म्हणजे दोन टप्प्यांचा दोन स्तंभांचा तक्ता — जागा, प्रकाशाची गरज, कच्चा माल, उत्पादने — कारण या विषयावरील बहुसंख्य प्रश्न त्या तक्त्यातील एका खणातून येतात. मराठी स्तंभात NADH₂, NADPH व ATP ही रासायनिक संक्षिप्त रूपे लॅटिन मोठ्या अक्षरांतच छापली आहेत, आणि प्रश्नात 'संश्लेषणामधे', 'आधारीत' व 'महत्वाचे' अशी छपाई आहे; ती पेपरातील छपाईनुसार जशीच्या तशी ठेवली आहे.

• प्रकाशावर आधारित प्रक्रिया थायलॅकॉइड पटलांवर घडते आणि ATP, NADPH व ऑक्सिजन तयार करते; प्रकाशावर अवलंबून नसलेली कॅल्व्हिन चक्राची प्रक्रिया स्ट्रोमामध्ये घडते आणि तेच ATP व NADPH खर्च करून कार्बन डायऑक्साइडचे कर्बोदकात स्थिरीकरण करते.
• प्रकाश-संश्लेषणात बाहेर पडणारा ऑक्सिजन प्रकाशसंस्था II जवळ पाण्याचे विघटन होऊन मिळतो — या प्रक्रियेला प्रकाश-विघटन म्हणतात — आणि तो घेतल्या जाणाऱ्या कार्बन डायऑक्साइडमधून येत नाही.
• प्रकाश-संश्लेषणात NADP⁺ चे क्षपण होऊन NADPH तयार होते, तर श्वसनात NAD⁺ चे क्षपण होऊन NADH तयार होते; NADPH जैवसंश्लेषणासाठी क्षपणशक्ती पुरवते आणि NADH श्वसनाच्या इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेला इलेक्ट्रॉन पुरवते.
• अचक्रीय प्रकाश-फॉस्फोरायलेशनमध्ये दोन्ही प्रकाशसंस्था भाग घेतात आणि ATP, NADPH व ऑक्सिजन मिळतात, तर चक्रीय प्रकाश-फॉस्फोरायलेशनमध्ये फक्त प्रकाशसंस्था I वापरली जाते आणि केवळ ATP मिळते — NADPH किंवा ऑक्सिजन मिळत नाही.
• कॅल्व्हिन चक्रात स्थिर होणाऱ्या प्रत्येक कार्बन डायऑक्साइड रेणूमागे तीन ATP व दोन NADPH खर्च होतात, आणि हे स्थिरीकरण RuBisCO या विकराकडून रिब्युलोज बायफॉस्फेटवर घडवले जाते.

• NADPH व NADH यांची गल्लत करणे — प्रकाश-संश्लेषणात NADP⁺ चे क्षपण होते तर श्वसनात NAD⁺ चे, आणि दोघांची कार्येही वेगळी आहेत
• NADPH व ATP यांचा उपयोग प्रकाश-प्रक्रियेत होतो असे मानणे; त्यांची निर्मिती प्रकाश-प्रक्रियेत होते आणि उपयोग कॅल्व्हिन चक्रात होतो
• प्रकाश-संश्लेषणातून बाहेर पडणारा ऑक्सिजन कार्बन डायऑक्साइडमधून येतो असे समजणे, तर तो पाण्याच्या प्रकाश-विघटनातून येतो
• यादीतील दोन विधाने परस्परविरोधी असूनही 'वरील सर्व' निवडणे — निर्मिती आणि उपयोग एकाच टप्प्याविषयी एकाच वेळी खरे असू शकत नाहीत
• कॅल्व्हिन चक्राला 'अंधार प्रक्रिया' म्हटले जाते म्हणून ती फक्त रात्रीच घडते असे मानणे; तिला प्रकाश थेट लागत नाही एवढाच त्याचा अर्थ आहे

एमपीएससी प्रकाश-संश्लेषणावर तीन ठरावीक प्रकारचे प्रश्न विचारते : कोणती प्रक्रिया हरितलवकाच्या कोणत्या भागात घडते, कोणत्या टप्प्यात कोणते उत्पादन तयार होते किंवा खर्च होते, आणि बाहेर पडणारा ऑक्सिजन कोणत्या रेणूपासून येतो. तिन्ही प्रश्नांना एकाच तयारीने उत्तर देता येते — दोन टप्प्यांचा तक्ता पक्का करणे. चुकीचे पर्याय बांधण्याच्या आयोगाच्या दोन आवडत्या पद्धतीही ठरलेल्या आहेत : सहविकराचे नाव किंचित बदलणे (NADPH ऐवजी NADH), आणि क्रियापद उलटे करणे (निर्मितीऐवजी उपयोग). दोन्ही पद्धतींत विधान ओळखीचे वाटत राहते आणि फरक एका शब्दात दडलेला असतो, म्हणून पर्याय पूर्ण वाचण्याची शिस्त इथे थेट गुणांत मोजली जाते. 'वरील सर्व' हा पर्यायही या विभागात वारंवार येतो आणि तो निवडण्यापूर्वी वरील प्रत्येक विधान स्वतंत्रपणे तपासणे आवश्यक असते.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  प्रकाश-संश्लेषणात वनस्पतीकडून बाहेर सोडला जाणारा ऑक्सिजन कोणत्या रेणूपासून मिळतो ?

  • (a)कार्बन डायऑक्साइड
  • (b)पाणी
  • (c)ग्लुकोज
  • (d)रिब्युलोज बायफॉस्फेट

  उत्तर(b) पाणी — प्रकाशसंस्था II ने गमावलेले इलेक्ट्रॉन भरून काढण्यासाठी पाण्याचे विघटन होते, आणि त्या प्रकाश-विघटनातूनच ऑक्सिजन मोकळा होतो. समस्थानिक खुणांच्या प्रयोगांनी हेच दाखवले आहे. कार्बन डायऑक्साइड कॅल्व्हिन चक्रात स्थिर होऊन कर्बोदकात जातो, त्याच्यातील ऑक्सिजन वायुरूपाने बाहेर पडत नाही; ग्लुकोज व रिब्युलोज बायफॉस्फेट ही चक्रातील संयुगे आहेत, ऑक्सिजनचे स्रोत नाहीत.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  प्रकाश-संश्लेषणातील कॅल्व्हिन चक्र हरितलवकाच्या कोणत्या भागात घडते ?

  • (a)थायलॅकॉइड पटल
  • (b)स्ट्रोमा
  • (c)बाह्य पटल
  • (d)ग्रॅनाची पोकळी

  उत्तर(b) स्ट्रोमा — कॅल्व्हिन चक्र म्हणजे प्रकाशावर अवलंबून नसलेली प्रक्रिया, आणि ती हरितलवकातील स्ट्रोमा या द्रवरूप भागात घडते; तिथे RuBisCO या विकराकडून कार्बन डायऑक्साइडचे स्थिरीकरण होते आणि प्रकाश-प्रक्रियेने पुरवलेले ATP व NADPH खर्च होतात. थायलॅकॉइड पटलांवर व ग्रॅनाच्या पोकळीत प्रकाशावर आधारित प्रक्रिया घडते, जिथे ATP, NADPH व ऑक्सिजन तयार होतात.