MPSC 2022 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 49 / 100

आयोगाच्या अंतिम उत्तरतालिकेत या प्रश्नाचे उत्तर पर्याय (2) — डिहायड्रोजीनेशन — असे दिलेले आहे, आणि खूण करायचा पर्याय तोच आहे. या प्रश्नामागचा विषय म्हणजे क्रेब्सचे चक्र, आणि ते संपूर्णपणे मांडून पाहणे फायद्याचे आहे, कारण पेशीय श्वसनावर आयोग जे काही विचारतो ते सर्व याच एका मालिकेतून येते. हान्स क्रेब्स यांच्या नावाने ओळखले जाणारे आणि सायट्रिक ॲसिड चक्र वा ट्रायकार्बोक्झिलिक ॲसिड चक्र असेही म्हटले जाणारे हे चक्र तंतुकणिकेच्या आधारद्रव्यात चालते. पायरुव्हिक ॲसिडच्या विघटनातून आलेला दोन कर्बाचा तुकडा, म्हणजे ॲसिटिल कोएन्झाइम ए, चार कर्बाच्या ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिडशी जोडला जाऊन सहा कर्बाचे सायट्रिक ॲसिड तयार होते, तिथून चक्राला सुरुवात होते. सायट्रिक ॲसिडची पुनर्रचना होऊन आयसोसायट्रिक ॲसिड बनते; आयसोसायट्रिक ॲसिड कार्बन डायऑक्साइडचा एक रेणू गमावून पाच कर्बाचे अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिड देते; अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिड दुसरा कार्बन डायऑक्साइड गमावून चार कर्बाचे सक्सिनिल कोएन्झाइम ए देते; सक्सिनिल कोएन्झाइम ए पासून सक्सिनिक ॲसिड बनते आणि त्या वेळी थेट एक उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट रेणू तयार होण्याइतकी ऊर्जा मोकळी होते; सक्सिनिक ॲसिडचे फ्युमॅरीक ॲसीड होते; फ्युमॅरीक ॲसीडचे मॅलीक ॲसीड होते; आणि मॅलीक ॲसीडचे पुन्हा ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिड होते, म्हणजे चक्र पुढचा ॲसिटिल गट स्वीकारायला तयार होते. ॲसिटिल गटाच्या रूपात दोन कर्ब अणू आत येतात आणि दोन कार्बन डायऑक्साइडच्या रूपात बाहेर पडतात, म्हणून चक्राचा ताळेबंद जुळतो; एका फेऱ्यातून क्षपित NAD चे तीन रेणू, क्षपित FAD चा एक रेणू आणि एक उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट मिळतो. या चक्रावर वर्चस्व गाजवणारा अभिक्रियेचा प्रकार म्हणजे डिहायड्रोजीनेशन, म्हणजे आधारद्रव्यातून हायड्रोजनची जोडी काढून ती हायड्रोजन स्वीकारणाऱ्या घटकाकडे सोपवणे. चक्रातील चार पायऱ्या याच प्रकारच्या आहेत — आयसोसायट्रिक ॲसिडचे ऑक्सिडीकरण, अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिडचे ऑक्सिडीकरण, सक्सिनिक ॲसिडचे फ्युमॅरीक ॲसीडमध्ये होणारे ऑक्सिडीकरण, आणि मॅलीक ॲसीडचे पुन्हा ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिडमध्ये होणारे ऑक्सिडीकरण — आणि याच चार पायऱ्या ती क्षपित सहविकरे भरून देतात, ज्यांचा वापर करून इलेक्ट्रॉन वहन साखळी नंतर पेशीतील बहुतांश ATP बनवते. म्हणूनच या चक्रातील विकरे मोठ्या प्रमाणात डिहायड्रोजिनेजच असतात, आणि म्हणूनच फ्युमॅरीक व मॅलीक ॲसीडभोवतीचा चक्राचा टप्पा दोन्ही बाजूंनी डिहायड्रोजीनेशनने वेढलेला आहे — त्याच्या आधीची पायरी म्हणजे सक्सिनिक ॲसिडचे आणि नंतरची पायरी म्हणजे मॅलीक ॲसीडचे ऑक्सिडीकरण. एक गोष्ट स्पष्टपणे सांगणे भाग आहे, कारण जीवरसायनशास्त्र व वनस्पती-शरीरक्रियाशास्त्राच्या प्रत्येक पाठ्यपुस्तकात विद्यार्थ्याला ती भेटणार आहे : फ्युमॅरीक ॲसीडपासून मॅलीक ॲसीड होण्याच्या सुट्या पायरीचे प्रमाणित वर्णन असे की फ्युमरेज या विकराच्या साहाय्याने फ्युमॅरीक ॲसीडच्या द्विबंधावर पाण्याचा एक रेणू जोडला जातो, आणि ती अभिक्रिया हायड्रेशन म्हणून लिहिली जाते. तरीही आयोगाची अंतिम उत्तरतालिका या प्रश्नासाठी पर्याय (2) देते, आणि हे कार्ड प्रकाशित तालिकेला धरून लिहिलेले आहे. म्हणून उमेदवाराची व्यवहारातील भूमिका अशी : या प्रश्नपत्रिकेपुरते उत्तर म्हणून पर्याय (2) वर खूण करावी, आणि त्याच वेळी फ्युमरेजच्या पायरीचे पाठ्यपुस्तकातील वर्णन लक्षात ठेवावे, कारण तीच पायरी अन्यत्र तिच्या नेहमीच्या रूपात विचारली जाणार आहे. प्रश्न झाडांच्या श्वसनाचा उल्लेख करतो, पण त्याने रसायनशास्त्र बदलत नाही : क्रेब्सचे चक्र वनस्पती व प्राणी दोघांच्याही पेशींत तंतुकणिकेत सारखेच चालते.

• (1)डिकार्बोक्सीलेशन — डिकार्बोक्सीलेशन म्हणजे आधारद्रव्यातून कार्बन डायऑक्साइडचा एक रेणू काढून टाकणे, आणि कोणत्याही विकराचे नाव माहीत नसतानाही केवळ कर्ब अणू मोजून हा पर्याय इथे वगळता येतो. फ्युमॅरीक ॲसीड व मॅलीक ॲसीड या दोहोंतही चार कर्ब अणू आहेत, म्हणजे त्यांच्यादरम्यान काहीच गमावले जात नाही आणि डिकार्बोक्सीलेशनचा प्रश्नच येत नाही. क्रेब्स चक्रातील दोन डिकार्बोक्सीलेशने मालिकेत याच्या आधी येतात आणि ती ओळखणे सोपे आहे, कारण नेमक्या त्याच पायऱ्यांवर कर्बाचा सांगाडा आकुंचित होतो : सहा कर्बाचे आयसोसायट्रिक ॲसिड एक कार्बन डायऑक्साइड गमावून पाच कर्बाचे अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिड देते, आणि अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिड आणखी एक गमावून चार कर्बाचे सक्सिनिल कोएन्झाइम ए देते. या दोन्ही पायऱ्यांना ऑक्सिडीकारक डिकार्बोक्सीलेशन म्हणतात, कारण कार्बन डायऑक्साइडबरोबरच हायड्रोजनची जोडीही काढून घेतली जाते. तिसरे ऑक्सिडीकारक डिकार्बोक्सीलेशन म्हणजे तीन कर्बाच्या पायरुव्हिक ॲसिडचे दोन कर्बाच्या ॲसिटिल कोएन्झाइम ए मध्ये होणारे रूपांतर, पण ते चक्र सुरू होण्याच्या आधीच घडते आणि चक्राचा भाग म्हणून मोजले जात नाही.
• (3)डिहायड्रेशन — डिहायड्रेशन म्हणजे पाण्याचा एक रेणू काढून टाकणे, म्हणजे पाणी जोडण्याच्या नेमके उलट; आणि ही अभिक्रिया श्वसनाच्या मार्गात प्रत्यक्षात घडतेही, फक्त या प्रश्नात नाव घेतलेल्या टप्प्यावर नाही. क्रेब्स चक्रात ती सायट्रिक ॲसिडचे आयसोसायट्रिक ॲसिडमध्ये होणाऱ्या रूपांतरात दिसते; अकोनिटेज हे विकर ते दोन हालचालींत घडवते — आधी सायट्रिक ॲसिडमधून पाणी काढून सीस-अकोनिटिक ॲसिड हा मधला टप्पा तयार होतो आणि मग ते पाणी वेगळ्या जागी पुन्हा जोडून आयसोसायट्रिक ॲसिड मिळते — म्हणजे एकूण बदल हा डिहायड्रेशन आणि पुन्हा जलयोजन यांतून साधलेले समघटकीकरण असतो. डिहायड्रेशन ग्लायकोलिसिसमध्येही येते, जिथे इनोलेज या विकराखाली 2-फॉस्फोग्लिसरिक ॲसिड पाणी गमावून फॉस्फोइनॉलपायरुव्हिक ॲसिड बनते. यांपैकी एकही टप्पा फ्युमॅरीक ॲसीड व मॅलीक ॲसीड यांच्यामधला नाही, आणि इथे डिहायड्रेशन देणाऱ्या उमेदवाराने या मार्गातली खरीखुरी अभिक्रिया मालिकेतल्या चुकीच्या जागी ठेवलेली असते.
• (4)हायड्रेशन — आयोगाच्या अंतिम उत्तरतालिकेने दिलेले उत्तर हे नाही; ती पर्याय (2) देते, आणि या प्रश्नपत्रिकेपुरते उमेदवाराने पर्याय (2) वरच खूण करायची आहे. तरीही चांगली तयारी असलेला विद्यार्थी नेमका याच पर्यायाकडे ओढला जाण्याची शक्यता सर्वाधिक आहे, आणि त्याचे कारण लपवण्याऐवजी सांगणेच योग्य : फ्युमॅरीक ॲसीडपासून मॅलीक ॲसीड होण्याच्या पायरीचे प्रमाणित पाठ्यपुस्तकी वर्णन असे की फ्युमरेज या विकराखाली फ्युमॅरीक ॲसीडच्या कर्ब-कर्ब द्विबंधावर पाण्याचा एक रेणू जोडला जातो, आणि हायड्रेशन या शब्दाचा अर्थ तीच जोडणी. हे कार्ड आयोगाच्या तालिकेला धरून जाते आणि दोन्ही बाजू जुळवून घेण्याचा प्रयत्न न करता पायरीचे पाठ्यपुस्तकी वर्णन स्पष्टपणे नोंदवते. विद्यार्थ्याने घेऊन जाण्याजोगी गोष्ट म्हणजे मूळ रसायनशास्त्र, ज्याविषयी वाद नाही : फ्युमॅरीक ॲसीडमध्ये त्याच्या दोन मधल्या कर्ब अणूंदरम्यान द्विबंध असतो, मॅलीक ॲसीडमध्ये तो नसतो, आणि दोन रेणूंमधला फरक म्हणजे पाण्याचा एक रेणू.

पेशीय श्वसन ग्लुकोजचे टप्प्याटप्प्याने विघटन करते, आणि क्रेब्सचे चक्र हा त्यातील दुसरा टप्पा आहे. पेशीद्रव्यात चालणारे ग्लायकोलिसिस सहा कर्बाच्या ग्लुकोज रेणूचे तीन कर्बाच्या पायरुव्हिक ॲसिडचे दोन रेणू बनवते. मग प्रत्येक पायरुव्हिक ॲसिड तंतुकणिकेत शिरते आणि जोडणी-अभिक्रियेत एक कार्बन डायऑक्साइड गमावून ॲसिटिल कोएन्झाइम ए बनते. क्रेब्सचे चक्र तो दोन कर्बाचा ॲसिटिल गट घेते, चार कर्बाच्या ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिडशी जोडते आणि तयार झालेल्या सहा कर्बाच्या आम्लाला आठ पायऱ्यांच्या बंद मालिकेतून फिरवते; त्यात दोन कार्बन डायऑक्साइडचे रेणू मोकळे होतात आणि ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिड पुन्हा तयार होते. चक्राचे खरे उत्पादन कार्बन डायऑक्साइड नसून क्षपणशक्ती आहे : प्रत्येक फेऱ्यात क्षपित NAD चे तीन रेणू व क्षपित FAD चा एक रेणू, आणि सक्सिनिल कोएन्झाइम ए च्या पायरीवर थेट तयार होणारा एक उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट. ती क्षपित सहविकरे तंतुकणिकेच्या आतल्या पटलावरील इलेक्ट्रॉन वहन साखळीकडे सोपवली जातात; तिथे त्यांचे इलेक्ट्रॉन वाहकांच्या मालिकेतून उतरत ऑक्सिजनपर्यंत जातात आणि मोकळी होणारी ऊर्जा प्रोटॉन उपसण्यासाठी व ATP ची निर्मिती चालवण्यासाठी वापरली जाते. म्हणूनच क्रेब्सच्या चक्राला श्वसनाचा केंद्रबिंदू म्हणतात, आणि म्हणूनच ऑक्सिजन त्याच्या स्वतःच्या एकाही अभिक्रियेत भाग घेत नसतानाही ऑक्सिजनशिवाय ते चालू शकत नाही : साखळीच्या टोकाला ऑक्सिजन नसेल तर क्षपित सहविकरांचे पुन्हा ऑक्सिडीकरण होत नाही आणि चक्र थांबते. हे चक्र दुसऱ्या अर्थानेही केंद्रबिंदू आहे, कारण त्याच्यातील मधले घटक अमिनो आम्ले व इतर संयुगे बनवण्यासाठी बाहेर काढले जातात आणि त्यांच्यापासून पुन्हा भरलेही जातात.

पेशीय श्वसन एमपीएससी दोन प्रकारे तपासते — पुन्हा उभी करता येणारी मालिका म्हणून आणि लक्षात ठेवायच्या आकड्यांचा संच म्हणून. वारंवार येणारे प्रश्न असे : प्रत्येक टप्पा कुठे घडतो, त्यात काय आत जाते व काय बाहेर पडते, क्षपित सहविकर व ATP चे किती रेणू तयार होतात, कोणत्या पायरीवर कार्बन डायऑक्साइड बाहेर पडतो आणि कुठे ऑक्सिजन वापरला जातो. संपूर्ण विषय एका आकृतीवर टांगलेला असल्याने फलदायी तयारी म्हणजे आम्लांचा क्रम स्मरणातून लिहिता येईपर्यंत ते चक्र पुन्हा पुन्हा काढणे, आणि प्रत्येक आम्लाशेजारी त्याची कर्बसंख्या लिहिणे — कारण केवळ कर्बसंख्येवरूनच आश्चर्यकारक संख्येने प्रश्न सुटतात; उदाहरणार्थ, चार कर्बाच्या दोन आम्लांदरम्यान डिकार्बोक्सीलेशन असूच शकत नाही हे त्यातून लगेच ठरते. या विषयावरचे प्रश्न आणखी एक गोष्ट स्पष्ट करतात — काय विचारले आहे आणि उत्तरतालिकेत काय दिले आहे यांत उमेदवाराने फरक करावा. ज्या ठिकाणी उमेदवाराचा खात्रीचा तर्क एका दिशेला जातो आणि प्रकाशित तालिका दुसऱ्या दिशेला, तिथे गुण तालिकेसोबत जातो; परीक्षागृहातील शहाणपण म्हणजे उत्तर देऊन पुढे जाणे, आणि नंतर त्या तफावतीकडे मूळ रसायनशास्त्र सोडून देण्याचे कारण म्हणून नव्हे तर ते तपासून पाहण्याची सूचना म्हणून पाहणे.

• सायट्रिक ॲसिड चक्र वा ट्रायकार्बोक्झिलिक ॲसिड चक्र असेही म्हटले जाणारे क्रेब्सचे चक्र तंतुकणिकेच्या आधारद्रव्यात चालते आणि दोन कर्बाचे ॲसिटिल कोएन्झाइम ए चार कर्बाच्या ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिडशी जोडून सहा कर्बाचे सायट्रिक ॲसिड बनते तिथे सुरू होते.
• चक्राच्या एका फेऱ्यात कार्बन डायऑक्साइडचे दोन रेणू मोकळे होतात आणि क्षपित NAD चे तीन रेणू, क्षपित FAD चा एक रेणू व सक्सिनिल कोएन्झाइम ए च्या पायरीवर थेट तयार होणारा एक उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट मिळतो.
• चक्रातील चार पायऱ्या डिहायड्रोजीनेशनच्या आहेत, ज्यांत हायड्रोजनची जोडी काढून सहविकराकडे सोपवली जाते : आयसोसायट्रिक ॲसिड, अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिड, सक्सिनिक ॲसिड आणि मॅलीक ॲसीड यांची ऑक्सिडीकरणे.
• चक्रातील दोन डिकार्बोक्सीलेशने म्हणजे आयसोसायट्रिक ॲसिडचे अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिडमध्ये आणि अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिडचे सक्सिनिल कोएन्झाइम ए मध्ये होणारे रूपांतर; फ्युमॅरीक ॲसीड व मॅलीक ॲसीड या दोहोंत चार कर्ब अणू असल्याने त्यांच्यादरम्यान एकही कर्ब गमावला जात नाही.
• प्रमाणित पाठ्यपुस्तकी वर्णनानुसार फ्युमॅरीक ॲसीडपासून मॅलीक ॲसीड होण्याची पायरी म्हणजे फ्युमरेज या विकराखाली द्विबंधावर पाण्याचा एक रेणू जोडणे; आयोगाची अंतिम उत्तरतालिका मात्र या प्रश्नासाठी पर्याय (2), डिहायड्रोजीनेशन, देते आणि हे कार्ड त्या तालिकेला धरून जाते.

• या मार्गातील डिकार्बोक्सीलेशन, डिहायड्रोजीनेशन, डिहायड्रेशन व हायड्रेशन हे चार अभिक्रियाप्रकार केवळ शब्द म्हणून शिकल्याने एकमेकांत मिसळणे; प्रत्येकाला मालिकेतील त्याच्या पायरीवर ठेवून शिकावे
• कर्ब अणू मोजल्यानेच यांपैकी अनेक प्रश्न सुटतात हे विसरणे — चार कर्बाच्या दोन आम्लांदरम्यानची पायरी डिकार्बोक्सीलेशन असूच शकत नाही
• पायरुव्हिक ॲसिडचे ॲसिटिल कोएन्झाइम ए होणारी जोडणी-अभिक्रिया क्रेब्स चक्राचाच भाग मानणे, जेव्हा ती चक्र सुरू होण्याआधी घडते
• क्रेब्स चक्रातील एखाद्या अभिक्रियेत ऑक्सिजन थेट भाग घेतो असे गृहीत धरणे, जेव्हा तो केवळ इलेक्ट्रॉन वहन साखळीच्या टोकाला काम करतो आणि चक्र त्याच्यावर अप्रत्यक्षपणे अवलंबून असते

श्वसन एमपीएससीच्या प्रश्नपत्रिकांत तीन रूपांत येते. पहिले रूप एखाद्या पायरीचे नाव देऊन तिचा अभिक्रियाप्रकार वा विकर विचारते, जसे हा प्रश्न करतो. दुसरे रूप आकडा विचारते — एका फेऱ्यात किती कार्बन डायऑक्साइड बाहेर पडतो, किती क्षपित सहविकर तयार होते, ग्लायकोलिसिसचे निव्वळ ATP उत्पन्न किती — आणि ही उत्तरे पाठ केलेल्या ताळेबंदातून येतात. तिसरे रूप टप्पा कुठे घडतो हे विचारते, म्हणजे पेशीद्रव्य, तंतुकणिकेचे आधारद्रव्य आणि तिचे आतले पटल यांत फरक करायला लावते. ही तिन्ही रूपे कर्बसंख्या व सहविकरांचे उत्पन्न लिहिलेल्या एका नीट काढलेल्या आकृतीतून सुटतात, आणि ती आकृती स्मरणातून काढून पाहणे हा या प्रकरणावर उमेदवार खर्च करू शकेल असा सर्वात उपयुक्त तास आहे.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  क्रेब्स चक्राच्या एका पूर्ण फेऱ्यात कार्बन डायऑक्साइडचे किती रेणू मोकळे होतात ?

  • (a)एक
  • (b)दोन
  • (c)तीन
  • (d)सहा

  उत्तर(b) दोन — चक्र दोन कर्बाचा ॲसिटिल गट स्वीकारते आणि ज्या चार कर्बाच्या ऑक्झॅलोॲसिटिक ॲसिडपासून सुरू झाले तेच पुन्हा तयार करते, म्हणून प्रत्येक फेऱ्यात दोन कर्ब अणू बाहेर पडलेच पाहिजेत; ते कार्बन डायऑक्साइडच्या रूपात दोन डिकार्बोक्सीलेशन पायऱ्यांवर बाहेर पडतात, म्हणजे आयसोसायट्रिक ॲसिडचे अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिडमध्ये आणि अल्फा-कीटोग्लुटारिक ॲसिडचे सक्सिनिल कोएन्झाइम ए मध्ये होणाऱ्या रूपांतरांत. एका ग्लुकोज रेणूपासून पायरुव्हिक ॲसिडचे दोन रेणू आणि म्हणून चक्राच्या दोन फेऱ्या होत असल्याने, प्रत्येक ग्लुकोजमागे चक्रातून चार कार्बन डायऑक्साइड मिळतात आणि आणखी दोन जोडणी-अभिक्रियेतून.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  दृश्यकेंद्रकी पेशीत क्रेब्सचे चक्र खालीलपैकी कुठे घडते ?

  • (a)पेशीद्रव्यात
  • (b)तंतुकणिकेच्या आधारद्रव्यात
  • (c)तंतुकणिकेच्या आतल्या पटलावर
  • (d)अंतर्द्रव्यजालात

  उत्तर(b) तंतुकणिकेच्या आधारद्रव्यात — ग्लायकोलिसिस पेशीद्रव्यात घडते आणि श्वसनाचा तेवढाच टप्पा तिथे घडतो, तर क्रेब्स चक्राची विकरे तंतुकणिकेच्या आधारद्रव्यात विरघळलेली असतात. तंतुकणिकेचे आतले पटल इलेक्ट्रॉन वहन साखळी व ATP बनवणारे विकर वाहून नेते, आणि चक्रातील एकमेव पटलबद्ध विकर असलेले सक्सिनेट डिहायड्रोजिनेजही तिथेच असते.