MPSC 2021 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 64 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (2). आधी प्रश्नाची मांडणी नीट वाचा : चारांपैकी कोणती पायरी श्वसन प्रक्रियेतील 'नाही' असे तो विचारतो, आणि मराठी स्तंभात 'नाही' हा शब्द ठळक अक्षरांत छापला आहे — इंग्रजी स्तंभातही 'not' ठळकच आहे. म्हणजे उत्तर वेगळे पडणारे आहे याची सूचना प्रश्नपत्रिका स्वतःच देते. चारांपैकी तीन बाणांत ग्लायकोलिसिसच्या — म्हणजे श्वसनाच्या पहिल्या टप्प्याच्या — खऱ्या अभिक्रिया आहेत; उत्तरतालिकेने निवडलेल्या बाणातली अभिक्रिया मात्र उलट दिशेने चालते. ग्लायकोलिसिस, ज्याला एम्बडेन-मायरहॉफ-पारनास मार्गही म्हणतात, पेशीद्रव्यात घडते आणि ठरलेल्या दहा विकरचालित पायऱ्यांतून ग्लुकोजच्या एका रेणूचे रूपांतर पायरुव्हेटच्या दोन रेणूंत करते. सुरुवात गुंतवणुकीच्या टप्प्याने होते, ज्यात एटीपी खर्च होते : हेक्झोकायनेज ग्लुकोजला फॉस्फेट जोडून ग्लुकोज-6-फॉस्फेट बनवते; फॉस्फोग्लुकोज आयसोमरेज ग्लुकोज-6-फॉस्फेटची फेरमांडणी करून फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट बनवते; आणि फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज त्याला दुसऱ्यांदा फॉस्फेट जोडून फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट बनवते — जुन्या पुस्तकांत त्यालाच फ्रुक्टोज-1,6-डायफॉस्फेट म्हटले आहे. ही तिसरी अभिक्रिया संपूर्ण मार्गातली निर्णायक व प्रत्यक्षात उलट न होणारी पायरी असून तिच्यात दुसरा एटीपी रेणू खर्च होतो. त्यानंतर अल्डोलेज ही सहा कार्बनांची शर्करा तोडून तीन कार्बनांचे दोन तुकडे करते आणि परताव्याचा टप्पा सुरू होतो, ज्यात पेशीला चार एटीपी व दोन एनएडीएच परत मिळतात. उत्तरतालिकेने निवडलेला पर्याय उमेदवाराला असे मान्य करायला सांगतो की फ्रुक्टोज-1,6-डायफॉस्फेटचे रूपांतर पुन्हा फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेटमध्ये होते. पेशीत ही अभिक्रिया खरोखर घडते, पण ती श्वसनाचा भाग नाही. ती फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटेज या वेगळ्या विकराने घडवलेली जलअपघटनाची अभिक्रिया असून ती नवग्लुकोजजननाची म्हणजे ग्लुकोनिओजेनेसिसची पायरी आहे — रक्तातील साखर वाढवण्याची गरज पडल्यावर यकृत व मूत्रपिंड लॅक्टेट, ग्लिसरॉल आणि अमिनो आम्लांपासून ग्लुकोज उभे करतात तो मार्ग. नवग्लुकोजजनन म्हणजे नुसते उलट दिशेने चालवलेले ग्लायकोलिसिस नव्हे; ते बहुतांश पायऱ्या तशाच वापरते पण उलट न होणाऱ्या तीन पायऱ्यांना वेगळ्या विकरांनी वळसा घालते, आणि हा त्यांपैकीच एक वळसा आहे. म्हणजे दोन्ही दिशांची विकरे वेगळी, त्यांचे नियंत्रण वेगळे आणि हेतूही परस्परविरोधी : ग्लायकोलिसिस ऊर्जा मिळवण्यासाठी ग्लुकोज मोडते, तर नवग्लुकोजजनन ऊर्जा खर्चून ते उभे करते. श्वसनातील मधल्या पायऱ्यांच्या यादीत संश्लेषणाच्या मार्गातली वळसा-अभिक्रिया घुसवणे हीच या प्रश्नाची खरी रचना आहे. छपाईचे दोन मुद्दे मुद्दाम नोंदवण्यासारखे आहेत, कारण ते वाचकाला गोंधळात टाकू शकतात : या प्रश्नात एका पर्यायात हे संयुग 'फ्रुक्टोस 1-6 डायफॉस्फेट' असे छापले आहे, तर दुसऱ्या पर्यायात तेच संयुग 'फ्रुक्टोस 1,6-फॉस्फेट' असे — म्हणजे 'डाय' हा उपसर्गच गळून. उपसर्गाशिवाय ते नाव अक्षरशः दुसऱ्याच संयुगाचे होते, पण दोन्ही ठिकाणी अभिप्रेत संयुग फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट हेच आहे. ही दोन्ही स्पेलिंगे प्रश्नपत्रिकेची स्वतःची असून इथे जशीच्या तशी ठेवली आहेत, आणि उत्तरावर त्यांचा परिणाम होत नाही — खरी परीक्षा बाणाच्या दिशेची आहे.

• (1)ग्लुकोज → ग्लुकोज-6-फॉस्फेट — ही खरी पायरी आहे, इतकेच नव्हे तर ग्लायकोलिसिसमधली पहिलीच पायरी आहे. हेक्झोकायनेज हे विकर एटीपीकडून फॉस्फेट गट घेऊन ग्लुकोजला जोडते आणि ग्लुकोज-6-फॉस्फेट तयार होते. यात पेशीचे एक एटीपी खर्ची पडते हे खरे, पण या गुंतवणुकीतून दोन उपयोगी गोष्टी साधतात : शर्करा पुढच्या अभिक्रियांसाठी पुरेशी क्रियाशील होते, आणि ती पेशीच्या आतच अडकून पडते — कारण पेशीपटलावर ग्लुकोज आत-बाहेर नेणारी वाहक प्रथिने असतात, पण भारित फॉस्फेटयुक्त रूपासाठी तशी वाहक नसतात. यकृतात हेच काम ग्लुकोकायनेज हे सहविकर करते; ग्लुकोजशी त्याची ओढ कमी असल्याने रक्तातील साखर वाढल्यावरच ते सक्रिय होते. हा बाण खऱ्या मधल्या पायरीचे वर्णन करत असल्याने, 'कोणती पायरी श्वसनातील नाही' असे विचारणाऱ्या प्रश्नाचे उत्तर तो होऊ शकत नाही.
• (3)फ्रुक्टोस-6-फॉस्फेट → फ्रुक्टोस 1,6-फॉस्फेट — ही ग्लायकोलिसिसची तिसरी पायरी असून नियंत्रणाच्या दृष्टीने संपूर्ण मार्गातील सर्वात महत्त्वाची पायरी आहे. फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज हे विकर एटीपीकडून फॉस्फेट घेऊन फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेटला जोडते आणि फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट तयार होते — याच संयुगाचे नाव या पर्यायात 'फ्रुक्टोस 1,6-फॉस्फेट' असे, 'डाय' हा उपसर्ग गाळून छापले आहे; तसे लिहिल्याने नाव तांत्रिकदृष्ट्या भलत्याच संयुगाचे होते, पण अभिप्रेत संयुग हेच आहे. एकदा ही पायरी पार पडली की शर्करेचे विघटन होणे ठरूनच जाते, कारण ही अभिक्रिया प्रत्यक्षात उलट फिरत नाही. म्हणूनच फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज हे ग्लायकोलिसिसचा वेग ठरवणारे विकर मानले जाते : पेशीत ऊर्जा भरपूर असताना एटीपी व सायट्रेट त्याला रोखतात, आणि ऊर्जा कमी पडताच एएमपी व एडीपी त्याला चालना देतात. ही खरी मधली पायरी आहे, आणि उत्तरतालिकेने निवडलेल्या पर्यायात हीच अभिक्रिया उलट छापली आहे — परीक्षकाने नेमकी हीच जोडी समोरासमोर ठेवली आहे.
• (4)1-3 डाय पिजीए → 3पिजीए — हीसुद्धा खरी पायरी आहे, आणि ती ग्लायकोलिसिसच्या परताव्याच्या टप्प्यातली आहे. 1,3-डायफॉस्फोग्लिसरेट — या पर्यायात ते '1-3 डाय पिजीए' असे छापले आहे — आपला उच्च ऊर्जेचा फॉस्फेट गट एडीपीला देऊन एटीपी व 3-फॉस्फोग्लिसरेट तयार करते; हे काम फॉस्फोग्लिसरेट कायनेज हे विकर करते. ही पायरी स्वतंत्रपणे लक्षात ठेवण्याजोगी आहे, कारण ती सब्स्ट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशनचे उदाहरण आहे : इथे एटीपी थेट एका रेणूकडून फॉस्फेट गट घेऊन तयार होते, त्यात इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेचा किंवा ऑक्सिजनचा काहीही सहभाग नसतो. प्रत्येक ग्लुकोजपासून तीन कार्बनांचे दोन रेणू या मार्गावरून खाली उतरत असल्याने या पायरीतून दोन एटीपी मिळतात, आणि पुढे आणखी एका सब्स्ट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशनमधून दोन मिळतात; गुंतवणुकीच्या टप्प्यात खर्च झालेले दोन वजा जाता ग्लायकोलिसिसचा निव्वळ नफा दोन एटीपी होतो तो असा.

श्वसन म्हणजे अन्नातील रेणूंचे नियंत्रित विघटन करून त्यातील ऊर्जा एटीपीच्या रूपात उपलब्ध करून घेणे. त्याचा पहिला टप्पा ग्लायकोलिसिस पेशीद्रव्यात घडतो, त्याला ऑक्सिजन लागत नाही, आणि तो ग्लुकोजच्या एका रेणूचे रूपांतर पायरुव्हेटच्या दोन रेणूंत करतो. त्यात दहा पायऱ्या असून पहिल्या पाच गुंतवणुकीच्या — दोन एटीपी खर्च होतात — आणि पुढच्या पाच परताव्याच्या, ज्यांत चार एटीपी व दोन एनएडीएच मिळतात; म्हणजे निव्वळ नफा दोन एटीपी व दोन एनएडीएच. गुंतवणुकीच्या टप्प्यातील तीन नावे ठरलेली : हेक्झोकायनेज ग्लुकोजपासून ग्लुकोज-6-फॉस्फेट बनवते, फॉस्फोग्लुकोज आयसोमरेज त्याचे फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट करते, आणि फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज त्यापासून फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट बनवते. मार्गातील तीन पायऱ्या प्रत्यक्षात उलट फिरत नाहीत — हेक्झोकायनेज, फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज आणि पुढची पायरुव्हेट कायनेज. ऑक्सिजन उपलब्ध असल्यास पायरुव्हेट तंतुकणिकेत जाऊन क्रेब्ज चक्रात शिरते आणि इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेतून बहुतांश एटीपी मिळते; ऑक्सिजन नसल्यास ते लॅक्टिक आम्लात किंवा इथेनॉलमध्ये रूपांतरित होते. याच्या नेमके उलट दिशेने चालणारा मार्ग म्हणजे नवग्लुकोजजनन, ज्यात यकृत व मूत्रपिंड लॅक्टेट, ग्लिसरॉल व अमिनो आम्लांपासून ग्लुकोज उभे करतात. तो ग्लायकोलिसिसचे उलटे रूप नाही : उलट न फिरणाऱ्या तीन पायऱ्यांना तो वेगळ्या विकरांनी वळसा घालतो, आणि फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटेज हे त्यांपैकी एक विकर आहे.

पेशीतील श्वसन हा एमपीएससीच्या विज्ञान विभागातील नियमित विषय आहे, आणि त्यातला परीक्षकाला सर्वात सोयीचा भाग म्हणजे ग्लायकोलिसिसच्या मधल्या पायऱ्यांची नावे — कारण ती नेमकी असतात, त्यांच्या जोड्या करता येतात आणि त्यांतल्या एका बाणाची दिशा उलटी करून चटकन नकारात्मक प्रश्न उभा करता येतो. या प्रश्नाची रचना नेमकी तशीच आहे : चारही ओळींत ओळखीचीच नावे आहेत, त्यांपैकी तीन बरोबर दिशेने आहेत आणि एक उलट. जो उमेदवार नावांची यादी पाठ करतो पण बाणांची दिशा तपासत नाही, तो अशा प्रश्नात नेमका अडकतो. या पानावरची दुसरी लक्षात घेण्याजोगी गोष्ट म्हणजे प्रश्नपत्रिकेने एकाच संयुगाची दोन वेगळी स्पेलिंगे छापली आहेत — एका पर्यायात 'डायफॉस्फेट' आणि दुसऱ्यात नुसते 'फॉस्फेट' — पण दोन्ही मराठी व इंग्रजी स्तंभांत सारखीच छापली असल्याने ती भाषांतराची चूक नाही, ती प्रश्नपत्रिकेचीच आहे. उमेदवाराने अशा वेळी नावाच्या शुद्धलेखनावर अडकून न पडता अभिक्रिया कोणत्या दिशेने चालते तेवढेच तपासावे, कारण या प्रश्नाचा खरा गाभा तोच आहे.

• ग्लायकोलिसिस म्हणजेच एम्बडेन-मायरहॉफ-पारनास मार्ग पेशीद्रव्यात घडतो, त्याला ऑक्सिजन लागत नाही, आणि तो दहा विकरचालित पायऱ्यांतून ग्लुकोजच्या एका रेणूचे पायरुव्हेटच्या दोन रेणूंत रूपांतर करून निव्वळ दोन एटीपी व दोन एनएडीएच देतो.
• गुंतवणुकीच्या टप्प्यातील क्रम असा : हेक्झोकायनेजने ग्लुकोजपासून ग्लुकोज-6-फॉस्फेट, फॉस्फोग्लुकोज आयसोमरेजने त्याचे फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट, आणि फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेजने त्यापासून फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट — या तिसऱ्या पायरीत दुसरे एटीपी खर्च होते.
• फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज हे ग्लायकोलिसिसचा वेग ठरवणारे विकर आहे; एटीपी व सायट्रेट त्याला रोखतात आणि एएमपी व एडीपी त्याला चालना देतात, आणि त्याने घडवलेली पायरी प्रत्यक्षात उलट फिरत नाही.
• फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटपासून पुन्हा फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट बनवणारी अभिक्रिया फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटेज या विकराने घडते आणि ती नवग्लुकोजजननाची पायरी आहे, श्वसनाची नाही; नवग्लुकोजजनन मुख्यतः यकृत व मूत्रपिंडात चालते.
• 1,3-डायफॉस्फोग्लिसरेटपासून 3-फॉस्फोग्लिसरेट होताना फॉस्फोग्लिसरेट कायनेज एटीपी तयार करते; हे सब्स्ट्रेट-स्तरीय फॉस्फोरिलेशनचे उदाहरण असून त्यात इलेक्ट्रॉन वहन शृंखलेचा किंवा ऑक्सिजनचा सहभाग नसतो.

• नकारात्मक प्रश्न असल्याचे लक्षात न घेणे; इथे 'नाही' हा शब्द ठळक छापला असल्याने प्रश्नपत्रिका स्वतःच सूचना देते, पण या पेपरातील प्रत्येक नकारात्मक प्रश्नात ती सूचना दिलेली नाही
• बाणाची दिशा न तपासता नावे ओळखीची आहेत एवढ्यावरून पर्याय बरोबर मानणे; इथे तीन बाण योग्य दिशेने आहेत आणि एक उलट
• नवग्लुकोजजनन म्हणजे उलट दिशेने चालवलेले ग्लायकोलिसिस असे समजणे; उलट न फिरणाऱ्या तीन पायऱ्यांना तो वेगळ्या विकरांनी वळसा घालतो
• प्रश्नपत्रिकेतील संयुगाच्या स्पेलिंगवर अडकून पडणे; इथे एकच संयुग दोन ठिकाणी दोन वेगळ्या प्रकारे छापले आहे, पण उत्तर त्यावर अवलंबून नाही

श्वसनावरचे प्रश्न एमपीएससी ठरावीक साच्यांत विचारते : कोणता टप्पा कुठे घडतो, कोणत्या टप्प्यात किती एटीपी मिळते, नाव दिलेले विकर कोणत्या पायरीचे, आणि इथल्यासारखी 'यादीतली एक पायरी वेगळी ओळखा' अशी रचना. नकारात्मक मांडणी या विषयात विशेष आवडती आहे, कारण एका बाणाची दिशा उलटी केली की चारांपैकी तीन ओळी बरोबर आणि एक चूक असा स्वच्छ प्रश्न तयार होतो. त्याखेरीज ग्लायकोलिसिस व क्रेब्ज चक्राचे स्थान, ऑक्सिश्वसन व विनॉक्सिश्वसन यांतील फरक, आणि किण्वनाची उत्पादने हे तीन मुद्दे वारंवार येतात. सर्वात उपयुक्त तयारी म्हणजे ग्लायकोलिसिसच्या दहा पायऱ्यांचा एक कागद, ज्यात प्रत्येक पायरीचे विकर, खर्च झालेले किंवा मिळालेले एटीपी, आणि ती पायरी उलट फिरते की नाही एवढी तीन नोंद असावी. तेवढे असले की बाणाची दिशा उलटी करून विचारलेला कोणताही प्रश्न तत्काळ ओळखता येतो.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  ग्लायकोलिसिसचा वेग ठरवणारे विकर खालीलपैकी कोणते मानले जाते ?

  • (a)हेक्झोकायनेज
  • (b)फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज
  • (c)अल्डोलेज
  • (d)फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटेज

  उत्तर(b) फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज. फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेटपासून फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेट बनवणारी ही पायरी संपूर्ण मार्गातली निर्णायक व प्रत्यक्षात उलट न फिरणारी पायरी असून तिथेच शर्करेचे विघटन होणार हे ठरून जाते; त्यामुळे मार्गाचा वेग याच विकरावर ठरतो. पेशीत ऊर्जा भरपूर असताना एटीपी व सायट्रेट त्याला रोखतात आणि ऊर्जा कमी पडताच एएमपी व एडीपी त्याला चालना देतात. हेक्झोकायनेज पहिली पायरी घडवते, अल्डोलेज सहा कार्बनांची शर्करा तोडते, आणि फ्रुक्टोज-1,6-बायफॉस्फेटेज हे ग्लायकोलिसिसचे नव्हे तर नवग्लुकोजजननाचे विकर आहे.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  पेशीतील श्वसनात ग्लायकोलिसिस ही प्रक्रिया पेशीच्या कोणत्या भागात घडते आणि तिचे अंतिम उत्पादन काय असते ?

  • (a)तंतुकणिकेत, आणि उत्पादन लॅक्टिक आम्ल
  • (b)पेशीद्रव्यात, आणि उत्पादन पायरुव्हेट
  • (c)हरितलवकात, आणि उत्पादन ग्लुकोज
  • (d)केंद्रकात, आणि उत्पादन एनएडीएच

  उत्तर(b) पेशीद्रव्यात, आणि उत्पादन पायरुव्हेट. ग्लायकोलिसिस पेशीद्रव्यात घडते, त्याला ऑक्सिजन लागत नाही, आणि ग्लुकोजच्या एका रेणूपासून पायरुव्हेटचे दोन रेणू, निव्वळ दोन एटीपी व दोन एनएडीएच मिळतात. ऑक्सिजन उपलब्ध असल्यास पायरुव्हेट तंतुकणिकेत जाऊन क्रेब्ज चक्रात शिरते; ऑक्सिजन नसल्यास स्नायूंत त्याचे लॅक्टिक आम्ल आणि यीस्टमध्ये इथेनॉल होते. हरितलवक हे प्रकाशसंश्लेषणाचे ठिकाण आहे, श्वसनाचे नाही.