MPSC 2021 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 60 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (1) — केल्विन चक्र. पर्याय वाचण्याआधी प्रश्न वाचा : चारांपैकी कोणती प्रक्रिया श्वसनात अंतर्भूत 'नाही' असे विचारले आहे, आणि 'नाही' हा शब्द मराठी स्तंभात ठळक अक्षरांत छापला आहे — इंग्रजी स्तंभातही 'not' ठळकच आहे. हा उलटा प्रश्न आहे. म्हणजे श्वसनाचे जे तीन टप्पे आहेत ते बाजूला काढायचे आहेत आणि जी प्रक्रिया श्वसनाची नाही तीच उत्तर आहे. मार्ग क्रमाने लक्षात असला की तिन्ही टप्पे सहज ओळखता येतात. पेशीय श्वसनाची सुरुवात पेशीद्रव्यातल्या ग्लायकोलिसिसने होते, जिथे सहा कर्बांचा ग्लुकोज रेणू तीन कर्बांच्या दोन पायरुव्हेट रेणूंत तुटतो आणि थोडे एटीपी व काही एनएडीएच मिळते; या टप्प्याला प्राणवायू लागत नाही आणि तो प्रत्येक सजीव पेशीत घडतो. मग पायरुव्हेट मायटोकॉन्ड्रियात शिरते, त्याचे कर्बद्विप्राणिद काढून ॲसिटिल को-एन्झाइम ए बनते, आणि तो ॲसिटिल गट मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकातल्या सायट्रिक आम्ल चक्रात दिला जातो, जिथे त्याचे संपूर्ण ऑक्सिडीकरण होऊन कर्बद्विप्राणिद निघतो आणि मुक्त झालेली ऊर्जा एनएडीएच व एफएडीएच₂ या रूपांत पकडली जाते. हे वाहक आपले इलेक्ट्रॉन मायटोकॉन्ड्रियाच्या आतल्या पटलावरच्या इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेला देतात, जिथे इलेक्ट्रॉन वाहकांच्या मालिकेतून उतरत अखेर प्राणवायूपर्यंत पोहोचतात आणि पाणी तयार होते; वाटेत मुक्त होणारी ऊर्जा पटलापलीकडे प्रोटॉन ढकलते आणि त्यातून तयार होणारा उतार एटीपी सिंथेजला चालवतो. म्हणजे ग्लायकोलिसिस, सायट्रिक आम्ल चक्र आणि इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला हे प्राणवायूसह होणाऱ्या श्वसनाचे क्रमवार तीन टप्पे आहेत, आणि प्रश्नातल्या नकारामुळे तिन्ही बाजूला पडतात. केल्विन चक्र मात्र नेमक्या उलट्या प्रक्रियेचे आहे. ते प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश-निरपेक्ष टप्पा असून क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये चालते; त्यात रुबिस्को या विकराच्या मदतीने कर्बद्विप्राणिद पाच कर्बांच्या स्वीकारक रेणूवर बसवला जातो आणि थायलॅकॉइड पटलांवरच्या प्रकाश-अभिक्रियांतून मिळालेल्या एटीपी व एनएडीपीएचचा वापर करून त्याचे शर्करेत क्षपण केले जाते. हे चक्र मेल्व्हिन केल्विन यांनी अँड्र्यू बेन्सन व जेम्स बॅशम यांच्यासोबत उलगडले आणि त्यासाठी केल्विन यांना 1961 चा रसायनशास्त्राचा नोबेल पुरस्कार मिळाला. म्हणजे केल्विन चक्र प्रकाश-ऊर्जा वापरून कर्बद्विप्राणिदापासून पिष्टमय पदार्थ उभारते, तर श्वसन तोच पिष्टमय पदार्थ मोडून कर्बद्विप्राणिदापर्यंत नेते आणि ऊर्जा मुक्त करते — दोन्ही जवळजवळ एकमेकांची आरशातली प्रतिमा आहेत, आणि प्रश्न त्यांपैकी फक्त एकाविषयी विचारतो. केल्विन चक्राचे नाव घेणारी ओळ म्हणजे पर्याय (1).

• (2)सायट्रिक ॲसिड सायकल — सायट्रिक आम्ल चक्र हा प्राणवायूसह होणाऱ्या श्वसनाचा दुसरा टप्पा आहे, म्हणून 'श्वसनात नाही ते कोणते' असे विचारणाऱ्या प्रश्नाचे उत्तर ते होऊच शकत नाही. हे चक्र उलगडणाऱ्या हान्स क्रेब्ज यांच्या नावावरून त्याला क्रेब्ज चक्र म्हणतात — त्यांना 1953 चा शरीरक्रियाशास्त्र किंवा वैद्यकाचा नोबेल पुरस्कार विभागून मिळाला — आणि कधीकधी त्रिकर्बोक्सिलिक आम्ल चक्र असेही म्हणतात. ते मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकात चालते : को-एन्झाइम ए ने आणलेला ॲसिटिल गट चार कर्बांच्या स्वीकारकाशी जोडला जाऊन सहा कर्बांचे सायट्रेट बनते, ज्यावरून चक्राला नाव मिळाले, आणि पुढच्या ऑक्सिडीकरणांतून कर्बद्विप्राणिद बाहेर पडत एनएडीएच व एफएडीएच₂ जमा होतात. हा टप्पा वगळला की श्वसनाचा मधलाच दुवा तुटतो, कारण याच टप्प्यातून पुढच्या टप्प्याला इलेक्ट्रॉन पुरवले जातात.
• (3)ग्लायकोलीसिस — ग्लायकोलिसिस हा प्रत्येक सजीवातल्या श्वसनाचा पहिला टप्पा आहे, म्हणून प्रश्नातल्या नकारामुळे तोही बाजूला पडतो. तो मायटोकॉन्ड्रियात नव्हे तर पेशीद्रव्यात घडतो, त्याला प्राणवायू लागत नाही, आणि तो एका ग्लुकोज रेणूचे दोन पायरुव्हेट रेणूंत रूपांतर करून निव्वळ दोन एटीपी व दोन एनएडीएच देतो. त्याला एम्बडेन-मायरहॉफ-पार्नास मार्ग असेही म्हणतात, आणि जीवाणू, वनस्पती व प्राणी असे सर्वच जीव तो वापरतात — ही सार्वत्रिकता त्याच्या प्राचीनतेचा नेहमीचा युक्तिवाद आहे. प्राणवायूवर अवलंबून नसणे हाच त्याचा गुणधर्म किण्वन शक्य करतो : प्राणवायू नसताना स्नायूंत लॅक्टिक आम्ल आणि यीस्टमध्ये इथेनॉल व कर्बद्विप्राणिद तयार होऊन प्रक्रिया चालू राहते. हा टप्पा श्वसनाचा नाही असे म्हणणे म्हणजे मार्गाची सुरुवातच नाकारणे.
• (4)इलेक्ट्रॉन ट्रान्सपोर्ट चेन — इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला हा प्राणवायूसह होणाऱ्या श्वसनाचा शेवटचा टप्पा असून तो मायटोकॉन्ड्रियाच्या आतल्या पटलावर चालतो, त्यामुळे प्रश्नाने वगळायला सांगितलेली प्रक्रिया तो असू शकत नाही. बहुतांश एटीपी नेमके इथेच तयार होते : आधीच्या टप्प्यांतून आलेली एनएडीएच व एफएडीएच₂ आपले इलेक्ट्रॉन वाहक संकुलांच्या मालिकेला देतात, इलेक्ट्रॉन टप्प्याटप्प्याने प्राणवायूपर्यंत जातात, प्राणवायू हायड्रोजनशी जोडून पाणी बनते, आणि प्रत्येक टप्प्यावर मुक्त होणारी ऊर्जा प्रोटॉन पटलाबाहेरच्या जागेत ढकलते; त्या उतारातून एटीपी सिंथेजमार्गे एटीपी तयार होते. एक बारीक गोष्ट इथे नोंदवण्याजोगी : इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला प्रकाशसंश्लेषणातही असते, थायलॅकॉइड पटलावर, म्हणजे ही संज्ञा दोन्ही प्रक्रियांत वापरली जाते. पण या पर्यायसंचात इतर तीन नावे श्वसनाच्या मार्गाची असल्याने इथली शृंखला निःसंशयपणे श्वसनाचीच आहे.

श्वसन आणि प्रकाशसंश्लेषण हे सजीवसृष्टीतले दोन मोठे ऊर्जामार्ग असून ते एकमेकांच्या विरुद्ध म्हणून शिकणे सोयीचे ठरते. हरित वनस्पती, शैवाल व नीलहरित जीवाणूंमधले प्रकाशसंश्लेषण प्रकाश-ऊर्जा वापरून कर्बद्विप्राणिद व पाण्यापासून पिष्टमय पदार्थ उभारते आणि प्राणवायू मुक्त करते; तर जवळजवळ सर्वच सजीव पेशींतले श्वसन तोच पिष्टमय पदार्थ पुन्हा कर्बद्विप्राणिद व पाण्यापर्यंत ऑक्सिडीकृत करून ऊर्जा एटीपीच्या रूपात मुक्त करते. दोन्ही प्रक्रियांना दोन-दोन भाग आहेत आणि नेमके तेच भाग एकमेकांत मिसळले जातात. प्रकाशसंश्लेषणात क्लोरोप्लास्टच्या थायलॅकॉइड पटलांवरच्या प्रकाश-अभिक्रिया, जिथे पाणी फुटते, प्राणवायू निघतो आणि एटीपी व एनएडीपीएच तयार होते; आणि स्ट्रोमामधले प्रकाश-निरपेक्ष केल्विन चक्र, जिथे तीच उत्पादने वापरून रुबिस्को या विकराने कर्बद्विप्राणिद रायब्युलोज बिस्फॉस्फेटवर बसवला जातो व त्याचे शर्करेत क्षपण होते. कर्ब स्थिरीकरणाच्या या पायरीतल्या फरकांतून सी-3, सी-4 आणि सीएएम वनस्पतींचे प्रकार येतात — उष्णता व पाण्याच्या ताणाशी जुळवून घेणारी ही रूपे असून त्यांतही अखेरचा समान मार्ग केल्विन चक्रच राहतो. श्वसनात पेशीद्रव्यातले ग्लायकोलिसिस, मग प्राणवायू असल्यास जोडणारी अभिक्रिया, मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकातले सायट्रिक आम्ल चक्र आणि आतल्या पटलावरचे ऑक्सिडीभवनी फॉस्फोरिलीकरण; आणि प्राणवायू नसल्यास प्रक्रिया किण्वनावर थांबते — स्नायूंत लॅक्टिक आम्ल किंवा यीस्टमध्ये इथेनॉल व कर्बद्विप्राणिद, तेही प्राणवायूसह मिळणाऱ्या उत्पन्नाच्या अगदी थोड्या भागापुरते. दोन्ही प्रक्रिया एकाच चलनावर येऊन मिळतात : एटीपी, म्हणजे तात्काळ वापरासाठी पेशी ज्या रेणूत ऊर्जा साठवते तो. प्रत्येक टप्प्याची जागा आणि त्याची उत्पादने जोडीने लक्षात ठेवली की या प्रकरणातले जवळजवळ सर्व प्रश्न सुटतात.

एमपीएससीच्या पेपरांतले जीवशास्त्र वनस्पती व मानवी शरीरक्रियाशास्त्रावर जास्त भर देते, आणि त्यात श्वसन हा सर्वाधिक वेळा विचारल्या जाणाऱ्या विषयांपैकी आहे, कारण या मार्गाच्या प्रत्येक भागाला नाव आहे, जागा आहे, उत्पादने आहेत आणि जवळजवळ प्रत्येक भागाला शोधणाराही आहे. हा प्रश्न या विषयावर बांधता येणारा सर्वांत साधा आकार आहे : एका मार्गाचे तीन टप्पे आणि शेजारच्या मार्गाचा एक टप्पा, आणि निवड यांत्रिक होऊ नये म्हणून प्रश्नाला नकारार्थी रूप. ही रचना पुरेशी वारंवार येते, म्हणून तिला नाव देऊन ठेवण्याजोगे आहे — यादीतले तीन सदस्य एका कुटुंबाचे आणि चौथा शेजारच्या कुटुंबाचा, आणि विचारणा उलटी करून बाहेरचा सदस्य मागितलेला. शिस्त नेहमीचीच : नकार दर्शवणाऱ्या शब्दाभोवती गोल करावा, प्रश्नक्रमांकाशेजारी 'नाही' लिहावे, आणि मग प्रत्येक पर्यायाचे वर्गीकरण करावे — कोणताही पर्याय उत्तर म्हणून पाहण्याआधीच. या पेपरातल्या सात नकारार्थी प्रश्नांपैकी पाच प्रश्नांत नकार दोन्ही स्तंभांत ठळक आहे आणि हा त्यांपैकीच एक, तर एका प्रश्नात तो फक्त इंग्रजी स्तंभात ठळक आहे आणि एका प्रश्नात कुठेच नाही; म्हणजे ठळक खूण ही सोय आहे, सुरक्षा नव्हे, आणि तिच्यावर कधीही विसंबू नये. या भागातला एक योगायोगही लक्षात घेण्याजोगा आहे : याच गटातल्या आधीच्या एका प्रश्नात पर्याय म्हणून चार्ल्स क्रेब्ज हे आधुनिक कॅनेडियन परिस्थितिकीशास्त्रज्ञ येतात, तर या प्रश्नातल्या चक्राला नाव देणारे हान्स क्रेब्ज हे विसाव्या शतकातले जर्मन-ब्रिटिश जीवरसायनशास्त्रज्ञ आहेत — एकच आडनाव, दोन वेगळे शास्त्रज्ञ, दोन वेगळी शास्त्रे. छपाईची नोंद : मराठी पर्याय (b) मध्ये 'ॲसिड' हा शब्द चंद्र-अ सह छापला आहे आणि तो तसाच दिला आहे.

• प्राणवायूसह होणाऱ्या श्वसनाचे तीन टप्पे क्रमाने असे : पेशीद्रव्यातले ग्लायकोलिसिस, मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकातले सायट्रिक आम्ल चक्र, आणि आतल्या पटलावरची इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला व ऑक्सिडीभवनी फॉस्फोरिलीकरण; पायरुव्हेटचे ॲसिटिल को-एन्झाइम ए मध्ये रूपांतर करणारी जोडणारी अभिक्रिया पहिल्याला दुसऱ्याशी जोडते.
• केल्विन चक्र श्वसनाचा भागच नाही : ते प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश-निरपेक्ष टप्पा असून क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये चालते, जिथे रुबिस्को या विकराने कर्बद्विप्राणिद स्थिर केला जातो आणि प्रकाश-अभिक्रियांतून मिळालेल्या एटीपी व एनएडीपीएचने त्याचे शर्करेत क्षपण होते.
• मेल्व्हिन केल्विन यांनी अँड्र्यू बेन्सन व जेम्स बॅशम यांच्यासोबत हे चक्र उलगडले आणि त्यांना 1961 चा रसायनशास्त्राचा नोबेल पुरस्कार मिळाला; हान्स क्रेब्ज यांनी सायट्रिक आम्ल चक्राचे वर्णन केले आणि त्यांना 1953 चा शरीरक्रियाशास्त्र किंवा वैद्यकाचा नोबेल पुरस्कार विभागून मिळाला.
• ग्लायकोलिसिस — ज्याला एम्बडेन-मायरहॉफ-पार्नास मार्ग असेही म्हणतात — याला प्राणवायू लागत नाही आणि तो एका ग्लुकोजचे दोन पायरुव्हेट करून निव्वळ दोन एटीपी व दोन एनएडीएच देतो; म्हणूनच प्राणवायू नसतानाही लॅक्टिक आम्ल किंवा इथेनॉल व कर्बद्विप्राणिदापर्यंतचे किण्वन चालू राहू शकते.
• इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेत प्राणवायू हा अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारक असून तो हायड्रोजनशी जोडून पाणी बनवतो, तर आतल्या पटलापलीकडे उभा राहणारा प्रोटॉनांचा उतार एटीपी सिंथेज चालवतो — सर्वाधिक एटीपी याच टप्प्यात तयार होते.
• इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला प्रकाशसंश्लेषणातही, थायलॅकॉइड पटलावर, चालते — म्हणजे ही संज्ञा दोन्ही प्रक्रियांत सामाईक आहे; तरीही या प्रश्नाच्या पर्यायसंचातली शृंखला निःसंशयपणे श्वसनाचीच आहे.

• नकारार्थी प्रश्न होकारार्थी वाचणे आणि श्वसनाचा खरा टप्पा उत्तर म्हणून निवडणे — या प्रश्नाचा मुख्य सापळा हाच आहे.
• केल्विन चक्र श्वसनाचा भाग मानणे, कारण त्यातही चक्र, कर्बद्विप्राणिद आणि एटीपी हे शब्द येतात; प्रत्यक्षात ते प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश-निरपेक्ष टप्पा आहे.
• इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला दोन्ही प्रक्रियांत असते हे लक्षात घेऊन गोंधळणे; पर्यायसंचातल्या इतर नावांवरून ती कोणत्या मार्गाची आहे ते ठरवावे लागते.
• प्रत्येक टप्प्याची जागा न जोडता फक्त नावे लक्षात ठेवणे — ग्लायकोलिसिस पेशीद्रव्यात, चक्र आधारकात आणि शृंखला आतल्या पटलावर.
• हान्स क्रेब्ज आणि चार्ल्स क्रेब्ज यांची गल्लत करणे; याच पेपरात दोन्ही नावे वेगवेगळ्या प्रश्नांत येतात आणि ते दोन वेगळ्या शास्त्रांतले वेगळे शास्त्रज्ञ आहेत.

श्वसन व प्रकाशसंश्लेषण एमपीएससीच्या विज्ञान विभागात चार आकारांत येतात. पहिला आकार टप्प्यांचा — कोणता टप्पा कुठे घडतो आणि त्यातून काय मिळते. दुसरा आकार म्हणजे इथे विचारला गेला तसा वेगळे पडणारे नाव शोधण्याचा प्रश्न, ज्यात एका मार्गाचे तीन टप्पे आणि शेजारच्या मार्गाचा एक टप्पा ठेवून विचारणा उलटी केली जाते. तिसरा आकार आकड्यांचा — एका ग्लुकोजपासून किती एटीपी, ग्लायकोलिसिसचे निव्वळ उत्पन्न किती, किण्वनातून किती — आणि हे आकडे एका ओळीत लिहून ठेवण्याजोगे आहेत. चौथा आकार नाव-संकल्पना जोडीचा — केल्विन व केल्विन चक्र, क्रेब्ज व सायट्रिक आम्ल चक्र, रुबिस्को व कर्ब स्थिरीकरण. या चारही आकारांसाठी दोन्ही मार्ग एकमेकांसमोर मांडून, प्रत्येक टप्प्याची जागा व उत्पादने शेजारी लिहून ठेवणे हीच सर्वांत भरवशाची तयारी आहे.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  पेशीय श्वसनातील सायट्रिक आम्ल चक्र पेशीच्या कोणत्या भागात घडते ?

  • (a)पेशीद्रव्यात
  • (b)मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकात
  • (c)क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये
  • (d)केंद्रकात

  उत्तर(b) मायटोकॉन्ड्रियाच्या आधारकात — इथेच ॲसिटिल को-एन्झाइम ए ने आणलेला ॲसिटिल गट चार कर्बांच्या स्वीकारकाशी जोडला जाऊन सायट्रेट बनते आणि पुढच्या ऑक्सिडीकरणांतून कर्बद्विप्राणिद, एनएडीएच व एफएडीएच₂ मिळतात. ग्लायकोलिसिस पेशीद्रव्यात घडते, इलेक्ट्रॉन वहन शृंखला मायटोकॉन्ड्रियाच्या आतल्या पटलावर, आणि क्लोरोप्लास्टचा स्ट्रोमा हे केल्विन चक्राचे ठिकाण असून ते प्रकाशसंश्लेषणाचा भाग आहे.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  केल्विन चक्राविषयी खालीलपैकी कोणते विधान बरोबर आहे ?

  • (a)ते मायटोकॉन्ड्रियात घडते आणि एटीपी तयार करते
  • (b)ते क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये घडते आणि कर्बद्विप्राणिद स्थिर करून त्याचे शर्करेत क्षपण करते
  • (c)त्याला प्रकाशाची थेट गरज असते आणि ते थायलॅकॉइड पटलावर घडते
  • (d)ते फक्त प्राणवायू नसताना घडते

  उत्तर(b) ते क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये घडते आणि कर्बद्विप्राणिद स्थिर करून त्याचे शर्करेत क्षपण करते — रुबिस्को या विकराने कर्बद्विप्राणिद पाच कर्बांच्या स्वीकारकावर बसवला जातो आणि प्रकाश-अभिक्रियांतून आलेल्या एटीपी व एनएडीपीएचचा वापर होतो. म्हणूनच त्याला प्रकाश-निरपेक्ष टप्पा म्हणतात : त्याला प्रकाशाची थेट गरज नसते, पण प्रकाश-अभिक्रियांच्या उत्पादनांवर तो अवलंबून असतो. थायलॅकॉइड पटल हे प्रकाश-अभिक्रियांचे ठिकाण आहे.