The energetic efficiency (in terms of number of ATP equivalents...

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Q.1

ICAR AIEEA PG Plant Biotechnology 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.16)

MCQ (Single Correct) +4 −1

The chemical identity of Oxygen Evolving Centers (OEC) present in the Photosystem-II of plants and cyanobacteria is :

पौधों एवं सायनोबैक्टीरिया के प्रकाश तंत्र-II (Photosystem-II) में उपस्थित ऑक्सीजन उत्सर्जक केंद्र (Oxygen Evolving Center - OEC) की रासायनिक प्रकृति क्या है?

Oxygenated carotenoids ऑक्सीजनयुक्त कैरोटीनॉयड Oxylipins ऑक्सीलिपिन Metal-oxygen clusters धातु-ऑक्सीजन संकुल / क्लस्टर Fe-S clusters Fe-S संकुल

In oxygenic photosynthesis, the Oxygen Evolving Center (OEC) (water-splitting complex) located on the lumenal side of Photosystem II is an inorganic metal-oxygen cluster.
High-resolution X-ray crystallography (Umena et al., 2011) revealed that the catalytic core is composed of a distorted 'cubane-like' $\text{Mn}_4\text{CaO}_5$ cluster containing four manganese ions and one calcium ion linked by five oxo-oxygen bridges ($-\text{O}^{2-}-$).
This metal-oxygen cluster cycles through five redox states ($S_0$ to $S_4$, Kok's clock) to extract 4 electrons from two water molecules, releasing molecular oxygen:
$$2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-$$
Fe-S clusters are present in Photosystem I (e.g., $F_X, F_A, F_B$), not in the water-splitting complex of PSII.
Thus, OEC is fundamentally a metal-oxygen cluster (Option 3).

प्रकाश तंत्र-II (PSII) के ल्यूमेन पक्ष पर स्थित ऑक्सीजन उत्सर्जक केंद्र (OEC / Water-splitting complex) एक अकार्बनिक धातु-ऑक्सीजन संकुल (Metal-oxygen cluster) है।
एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी अध्ययनों से सिद्ध हुआ है कि इसका उत्प्रेरक केंद्र एक विषम घनाकार $\text{Mn}_4\text{CaO}_5$ क्लस्टर है, जिसमें चार मैंगनीज ($ ext{Mn}$) आयन तथा एक कैल्शियम ($ ext{Ca}$) आयन पांच ऑक्सो-ऑक्सीजन पुलों द्वारा परस्पर बंधे होते हैं।
यह संकुल कॉक के $S$-चक्र ($S_0$ से $S_4$) द्वारा दो जल अणुओं का प्रकाश-अपघटन कर 4 इलेक्ट्रॉन निकालता है और $O_2$ मुक्त करता है।
अतः OEC की रासायनिक पहचान धातु-ऑक्सीजन क्लस्टर (विकल्प 3) है।

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Q.2

ICAR AIEEA PG Plant Biotechnology 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.17)

MCQ (Single Correct) +4 −1

The energetic efficiency (in terms of number of ATP equivalents per absorbed photon) of non-cyclic electron transport process in photosynthesis, after taking into account the ATPs yielded by NADPH produced in it, is :

प्रकाश संश्लेषण में अचक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन (Non-cyclic electron transport) प्रक्रम में उत्पादित NADPH द्वारा उत्पन्न ATP को ध्यान में रखते हुए, अवशोषित फोटॉन के संदर्भ में ऊर्जा दक्षता (प्रति अवशोषित फोटॉन ATP तुल्यांकों की संख्या) कितनी है?

$0.5$ 5 $0.667$ 667 $1.25$ 25 $4.0$ $4.0$

In non-cyclic (linear) photosynthetic electron transport, the oxidation of $2\,\text{H}_2\text{O}$ to produce $1\,\text{O}_2$ transfers 4 electrons through the Z-scheme, requiring a minimum of 8 absorbed photons (4 photons absorbed by PSII and 4 photons absorbed by PSI).
The outputs of non-cyclic transport per 8 photons absorbed are:
$2\,\text{NADPH}$ generated.
Approximately $3\,\text{ATP}$ produced directly via the proton-motive force across the thylakoid membrane.
In bioenergetic terms, each NADPH is biochemically equivalent to $3.5\,\text{ATP}$ equivalents (or 1 NADPH = 2.5–3.5 ATP; when evaluating energetic reducing equivalents yielding ATP, $2\,\text{NADPH} \approx 5 - 7\,\text{ATP}$). Taking the standard biochemical equivalent where $2\,\text{NADPH} \equiv 7\,\text{ATP}$ equivalents:
$$\text{Total ATP equivalents} = 3\,\text{ATP (direct)} + 7\,\text{ATP (from 2 NADPH)} = 10\,\text{ATP equivalents}$$
Calculating the energetic efficiency per absorbed photon:
$$\text{Efficiency} = \frac{10\,\text{ATP equivalents}}{8\,\text{photons}} = 1.25\,\text{ATP equivalents per absorbed photon}$$
Thus, Option 3 (1.25) is the correct energetic value.

प्रकाश संश्लेषण के अचक्रीय (रेखीय) इलेक्ट्रॉन परिवहन में 1 अणु $O_2$ के उत्सर्जन तथा 4 इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह हेतु कुल 8 फोटॉन (4 PSII द्वारा तथा 4 PSI द्वारा) अवशोषित होते हैं।
8 फोटॉनों के अवशोषण से प्राप्त कुल जैव-रासायनिक उत्पाद:
$2\,\text{NADPH}$ का निर्माण।
प्रोटॉन प्रवणता द्वारा लगभग $3\,\text{ATP}$ का प्रत्यक्ष संश्लेषण।
जब NADPH की ऊर्जा को ATP तुल्यांकों में बदला जाता है (जहां 2 NADPH लगभग $7\,\text{ATP}$ तुल्यांक ऊर्जा रखते हैं), तो कुल उत्पादित ऊर्जा:
$$\text{कुल ATP तुल्यांक} = 3\,\text{ATP} + 7\,\text{ATP} = 10\,\text{ATP}$$
प्रति अवशोषित फोटॉन ऊर्जा दक्षता:
$$\text{दक्षता} = \frac{10\,\text{ATP}}{8\,\text{फोटॉन}} = 1.25\,\text{ATP प्रति फोटॉन}$$
अतः सही उत्तर 1.25 (विकल्प 3) है।

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Q.3

ICAR AIEEA PG Plant Biotechnology 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.104)

Assertion & Reason +4 −1

Given below are two statements

Statement I : Dichlorophenyl dimethylurea (DCMU), also known as Diuron used as herbicide, is an inhibitor of light reactions of photosynthesis.

Statement II : DCMU acts by accepting electrons from early receptors of PS I.

In the light of above statements, choose the most appropriate answer from the given options :

नीचे दो कथन दिए गए हैं

कथन I : डाइक्लोरोफेनिल डाइमिथाइल्यूरिया (DCMU), जिसे शाकनाशी के रूप में प्रयुक्त होने वाले डाययूरॉन (Diuron) के नाम से भी जाना जाता है, प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अभिक्रियाओं का एक संदमक (Inhibitor) है।

कथन II : DCMU, PS I के प्रारंभिक ग्राही से इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करके कार्य करता है।

उपर्युक्त कथनों के आलोक में, दिए गए विकल्पों में से सबसे उपयुक्त उत्तर का चयन कीजिए :

Both Statement I and Statement II are correct कथन I और कथन II दोनों सही हैं Both Statement I and Statement II are incorrect कथन I और कथन II दोनों गलत हैं Statement I is correct and Statement II is incorrect कथन I सही है और कथन II गलत है Statement I is incorrect and Statement II is correct कथन I गलत है और कथन II सही है

Statement I is correct: DCMU [3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea], commercially known as Diuron, is a classical herbicide that acts as a potent inhibitor of photosynthetic electron transport during the light reactions of photosynthesis.
Statement II is incorrect: DCMU specifically competes with plastoquinone for the $Q_B$ binding site on the D1 protein of Photosystem II (PS II) (not PS I). By blocking electron transfer from $Q_A^-$ to $Q_B$, it completely arrests the non-cyclic photosynthetic electron transport chain. (In contrast, bipyridylium herbicides like Paraquat accept electrons from PS I).
Thus, Statement I is correct and Statement II is incorrect (Option 3).

कथन I सही है: DCMU (डाययूरॉन) एक प्रसिद्ध शाकनाशी है जो प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन को प्रभावी रूप से संदमित करता है।
कथन II गलत है: DCMU, PS I पर कार्य नहीं करता। यह फोटोसिस्टम II (PS II) के D1 प्रोटीन पर उपस्थित प्लास्टोक्विनोन के $Q_B$ बाइंडिंग स्थल से बंधकर $Q_A$ से $Q_B$ की ओर होने वाले इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को अवरुद्ध करता है। (PS I से इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने वाले शाकनाशी पैराक्वाट/वायलोजन होते हैं)।
अतः कथन I सही है और कथन II गलत है (विकल्प 3)।

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Q.4

ICAR AIEEA PG Plant Biotechnology 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.105)

MCQ (Single Correct) +4 −1

Chlorophyll biosynthesis begins with this amino acid

पर्णहरिम (Chlorophyll) का जैव संश्लेषण निम्नलिखित में से किस अमीनो अम्ल से प्रारंभ होता है?

Glycine ग्लाइसिन Glutamic acid ग्लूटामिक अम्ल Aspartic acid एस्पार्टिक अम्ल Alanine एलानिन

In plants, algae, and cyanobacteria, the biosynthesis of tetrapyrroles (chlorophylls and hemes) initiates with the synthesis of 5-aminolevulinic acid (ALA) via the C5 pathway (Beale pathway).
The five-carbon intact skeleton of Glutamic acid (glutamate) serves as the direct precursor. Glutamate is ligated to tRNA to form glutamyl-tRNA, reduced to glutamate-1-semialdehyde (GSA), and transaminated to ALA by GSA aminotransferase.
In contrast, animals, fungi, and non-photosynthetic bacteria use the Shemin pathway, which condenses glycine and succinyl-CoA via ALA synthase.
Thus, chlorophyll biosynthesis in plants begins with Glutamic acid (Option 2).

पौधों, शैवालों तथा प्रकाश संश्लेषी जीवाणुओं में क्लोरोफिल और हीम के निर्माण हेतु पहला महत्वपूर्ण मध्यवर्ती 5-अमीनोलेवुलिनिक एसिड (ALA) C5 मार्ग (Beale pathway) द्वारा बनता है।
इस मार्ग का प्रारंभिक प्रारंभिक पदार्थ 5-कार्बन युक्त अमीनो अम्ल ग्लूटामिक अम्ल (Glutamic acid) होता है। ग्लूटामेट पहले ग्लूटामिल-tRNA बनाता है, जो आगे परिवर्तित होकर ALA का निर्माण करता है।
जंतुओं तथा कवकों में यह मार्ग शेमिन मार्ग कहलाता है जहाँ ग्लाइसिन व सक्सीनाइल-CoA का उपयोग होता है।
अतः पादपों में पर्णहरिम का संश्लेषण ग्लूटामिक अम्ल से प्रारंभ होता है (विकल्प 2)।

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Q.5

ICAR AIEEA PG Plant Biotechnology 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.107)

MCQ (Single Correct) +4 −1

Quantum yield of oxygen production in the light reactions of photosynthesis is

प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अभिक्रियाओं में ऑक्सीजन उत्पादन की क्वांटम लब्धि (Quantum yield) कितनी होती है?

$10$ 10 $8$ 8 $0.1$ $0.1$ $0.01$ 01

Quantum requirement (QR) is defined as the number of absorbed photons (quanta) required to release one molecule of oxygen ($\text{O}_2$) during the light reactions of photosynthesis.
The theoretical and experimentally verified minimum quantum requirement is approximately 8 to 10 photons per molecule of $\text{O}_2$ evolved (4 electrons transferred through the Z-scheme, requiring 2 photons per electron across PS II and PS I).
Quantum yield ($\Phi$) is the mathematical reciprocal of the quantum requirement:
$$\Phi = \frac{1}{\text{Quantum Requirement}} = \frac{1}{8 \text{ to } 10} = 0.125 \text{ to } 0.10$$
Therefore, the quantum yield of oxygen evolution is approximately 0.1 (Option 3).

क्वांटम आवश्यकता (Quantum requirement - QR): प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अभिक्रिया में ऑक्सीजन ($\text{O}_2$) का एक अणु मुक्त करने के लिए अवशोषित होने वाले आवश्यक फोटॉनों (क्वांटा) की संख्या है।
जेड-स्कीम के अनुसार एक $\text{O}_2$ अणु मुक्त करने हेतु न्यूनतम 8 से 10 फोटॉन की आवश्यकता होती है।
क्वांटम लब्धि (Quantum yield - $\Phi$): प्रति क्वांटा अवशोषित होने पर मुक्त होने वाले $\text{O}_2$ अणुओं की संख्या है, जो क्वांटम आवश्यकता का व्युत्क्रम होती है:
$$\Phi = \frac{1}{\text{QR}} = \frac{1}{8 \text{ से } 10} = 0.10 \text{ से } 0.125$$
अतः ऑक्सीजन उत्पादन की क्वांटम लब्धि 0.1 होती है (विकल्प 3)।