निम्नलिखित प्रत्येक प्रश्न का उत्तर लगभग 150 शब्दों में दीजिए : (b) हेटेरोसिस्ट कायिक कोशिका से कैसे भिन्न है ? इसके निर्माण को नियंत्रित करने वाले कारकों का उल्लेख कीजिए और हेटेरोसिस्ट के कार्यों पर टिप्पणी लिखिए।

How to Approach

इस प्रश्न का उत्तर देते समय, सबसे पहले हेटेरोसिस्ट और कायिक कोशिका के बीच के संरचनात्मक और कार्यात्मक अंतर को स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है। इसके बाद, हेटेरोसिस्ट के निर्माण को नियंत्रित करने वाले प्रमुख कारकों पर विस्तार से चर्चा करें, जिसमें नाइट्रोजन की कमी और कुछ विशिष्ट जीन की भूमिका शामिल है। अंत में, हेटेरोसिस्ट के प्राथमिक कार्यों, विशेष रूप से नाइट्रोजन स्थिरीकरण और उपापचयी आदान-प्रदान पर प्रकाश डालें। उत्तर को बिंदुवार और संरचित तरीके से प्रस्तुत करें ताकि यह स्पष्ट और संक्षिप्त हो।

Model Answer

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Introduction

हेटेरोसिस्ट, तंतुमय साइनोबैक्टीरिया (नील-हरित शैवाल) में पाई जाने वाली विशेषीकृत कोशिकाएँ हैं जो कायिक कोशिकाओं से भिन्न होती हैं। ये कोशिकाएँ मुख्य रूप से वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने के लिए अनुकूलित होती हैं, यह प्रक्रिया 'नाइट्रोजन स्थिरीकरण' कहलाती है। साइनोबैक्टीरिया जैसे नॉस्टॉक (Nostoc) और एनाबीना (Anabaena) में, हेटेरोसिस्ट एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जिससे वे उन वातावरणों में जीवित रह पाते हैं जहाँ स्थिर नाइट्रोजन की कमी होती है। कायिक कोशिकाएँ प्रकाश संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होती हैं, जबकि हेटेरोसिस्ट ने नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए अपनी संरचना और उपापचय को अनुकूलित किया है।

हेटेरोसिस्ट और कायिक कोशिका में अंतर

हेटेरोसिस्ट और कायिक कोशिकाएँ, दोनों ही तंतुमय साइनोबैक्टीरिया का हिस्सा होती हैं, लेकिन उनमें संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से महत्वपूर्ण अंतर होते हैं:

विशेषता	कायिक कोशिका (Vegetative Cell)	हेटेरोसिस्ट (Heterocyst)
आकार और आकृति	छोटी, बेलनाकार या अंडाकार।	अपेक्षाकृत बड़ी, गोल या बैरल के आकार की।
कोशिका भित्ति	पतली, सामान्य कोशिका भित्ति।	मोटी, त्रि-स्तरीय कोशिका भित्ति जिसमें एक अतिरिक्त ग्लाइकोलिपिड परत होती है, जो ऑक्सीजन के प्रवेश को रोकती है।
वर्णक	क्लोरोफिल 'ए' और अन्य वर्णक (जैसे फाइकोसायनिन) होते हैं, जिससे ये हरे-नीले रंग की दिखती हैं।	क्लोरोफिल 'ए' की मात्रा कम या अनुपस्थित होती है, फाइकोसायनिन का अभाव होता है, जिससे ये पीले-हरे या रंगहीन दिखती हैं।
प्रकाश संश्लेषण	प्रकाश-संश्लेषण (फोटोसिस्टम II सहित) करती हैं और ऑक्सीजन का उत्पादन करती हैं।	फोटोसिस्टम II अनुपस्थित होता है, अतः ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं करतीं। केवल फोटोसिस्टम I होता है जो ATP उत्पादन के लिए चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन करता है।
नाइट्रोजन स्थिरीकरण	नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करतीं (क्योंकि नाइट्रोजनएज एंजाइम ऑक्सीजन संवेदनशील होता है)।	नाइट्रोजन स्थिरीकरण का मुख्य स्थल है; नाइट्रोजनएज एंजाइम होता है, जो ऑक्सीजन के प्रति संवेदनशील होता है।
संग्रहित भोजन	सायनोफाइसियन स्टार्च।	सायनोफाइसियन दाने (एस्पार्टेट और आर्गिनिन के सहबहुलक) और ग्लाइकोलिपिड।
अंतरकोशिकीय संबंध	एक-दूसरे से प्रोटोप्लाज्मिक कनेक्शन द्वारा जुड़ी होती हैं।	कायिक कोशिकाओं से ध्रुवीय नलिकाओं (polar pores) के माध्यम से जुड़ी होती हैं, जो पदार्थों के आदान-प्रदान में मदद करती हैं।

हेटेरोसिस्ट के निर्माण को नियंत्रित करने वाले कारक

हेटेरोसिस्ट का निर्माण मुख्य रूप से पर्यावरण में स्थिर नाइट्रोजन (अमोनियम या नाइट्रेट) की कमी से प्रेरित होता है। यह एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई आनुवंशिक और उपापचयी कारक शामिल होते हैं:

नाइट्रोजन की कमी: यह सबसे महत्वपूर्ण कारक है। जब आसपास के वातावरण में अमोनियम या नाइट्रेट जैसे स्थिर नाइट्रोजन स्रोतों की कमी होती है, तो साइनोबैक्टीरिया हेटेरोसिस्ट बनाने के लिए प्रेरित होते हैं।
जीन विनियमन:
- NtcA: यह एक ट्रांसक्रिप्शनल रेगुलेटर है जो नाइट्रोजन की कमी की प्रतिक्रिया में सक्रिय होता है। NtcA कई हेटेरोसिस्ट-विभेदन-संबंधित जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है।
- HetR: यह हेटेरोसिस्ट के विभेदन के लिए एक आवश्यक नियामक प्रोटीन है। NtcA, HetR की अभिव्यक्ति को बढ़ाता है, जो बदले में अन्य जीनों को सक्रिय करता है जो हेटेरोसिस्ट निर्माण के लिए आवश्यक हैं। HetR एक सकारात्मक स्व-विनियमित डीएनए-बाइंडिंग प्रोटीन है।
- PatS और HetN: ये जीन हेटेरोसिस्ट के बीच नियमित पैटर्न बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये अवरोधक संकेत उत्पन्न करते हैं जो आसन्न कायिक कोशिकाओं को हेटेरोसिस्ट में विभेदित होने से रोकते हैं, जिससे हेटेरोसिस्टों के बीच एक निश्चित दूरी बनी रहती है। PatS और HetN द्वारा उत्पादित पेप्टाइड (RGSGR) HetR प्रोटीन को निष्क्रिय कर सकता है।
- PatA और HetP: PatA हेटेरोसिस्ट के पैटर्न निर्माण और कोशिका विभाजन के लिए महत्वपूर्ण है। HetP भी हेटेरोसिस्ट विभेदन को नियंत्रित करता है।
ऑक्सीजन का स्तर: चूंकि नाइट्रोजनएज एंजाइम ऑक्सीजन-संवेदनशील होता है, इसलिए हेटेरोसिस्ट को कम ऑक्सीजन वाले वातावरण की आवश्यकता होती है। कोशिकाएं इस वातावरण को बनाने के लिए अनुकूलन करती हैं।
कोशिका-से-कोशिका संचार: साइनोबैक्टीरिया के फिलामेंट में हेटेरोसिस्ट और कायिक कोशिकाओं के बीच जटिल आणविक संचार होता है जो विभेदन और पैटर्न निर्माण को प्रभावित करता है।

हेटेरोसिस्ट के कार्य

हेटेरोसिस्ट के मुख्य कार्य निम्नलिखित हैं:

नाइट्रोजन स्थिरीकरण: यह हेटेरोसिस्ट का प्राथमिक कार्य है। वे वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया (NH₃) में परिवर्तित करते हैं, जो जैविक रूप से उपयोग योग्य रूप है। यह प्रक्रिया नाइट्रोजनएज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
सूक्ष्म-अवायवीय वातावरण का निर्माण: नाइट्रोजनएज एंजाइम ऑक्सीजन द्वारा आसानी से निष्क्रिय हो जाता है। हेटेरोसिस्ट कई अनुकूलन के माध्यम से अपने भीतर एक सूक्ष्म-अवायवीय (कम ऑक्सीजन) वातावरण बनाए रखते हैं:
- उनकी मोटी कोशिका भित्ति ऑक्सीजन के विसरण को रोकती है।
- उनमें फोटोसिस्टम II की कमी होती है, जिससे ऑक्सीजन उत्पादन नहीं होता।
- उनकी श्वसन दर अधिक होती है, जो किसी भी बची हुई ऑक्सीजन का उपभोग करती है।
ऊर्जा उत्पादन: नाइट्रोजन स्थिरीकरण एक ऊर्जा-खर्चीली प्रक्रिया है। हेटेरोसिस्ट में फोटोसिस्टम I होता है जो चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के माध्यम से एटीपी (ATP) का उत्पादन करता है, जो नाइट्रोजनएज की गतिविधि के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है।
मेटाबोलाइट्स का आदान-प्रदान: हेटेरोसिस्ट कायिक कोशिकाओं से कार्बोहाइड्रेट (जैसे सुक्रोज) प्राप्त करते हैं, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए ऊर्जा और अपचायक शक्ति प्रदान करते हैं। बदले में, हेटेरोसिस्ट स्थिर नाइट्रोजन (मुख्यतः ग्लूटामिन के रूप में) को कायिक कोशिकाओं में निर्यात करते हैं, जिससे पूरे फिलामेंट की नाइट्रोजन की आवश्यकता पूरी होती है।

Conclusion

संक्षेप में, हेटेरोसिस्ट विशेषीकृत साइनोबैक्टीरिया कोशिकाएँ हैं जो कायिक कोशिकाओं से अपनी संरचना और कार्यप्रणाली में स्पष्ट रूप से भिन्न होती हैं, मुख्य रूप से नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए अनुकूलित होती हैं। नाइट्रोजन की कमी, विशिष्ट जीनों का विनियमन, और ऑक्सीजन का स्तर इनके निर्माण को नियंत्रित करते हैं। ये कोशिकाएँ न केवल वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करती हैं बल्कि पूरे जीव के लिए नाइट्रोजनयुक्त यौगिकों की आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए कायिक कोशिकाओं के साथ सहजीवी उपापचयी संबंध भी स्थापित करती हैं। हेटेरोसिस्ट साइनोबैक्टीरिया को नाइट्रोजन-सीमित वातावरण में भी पनपने में सक्षम बनाकर पारिस्थितिक तंत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

Answer Length

This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.

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Additional Resources

Key Definitions

नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Nitrogen Fixation)

वह प्रक्रिया जिसके द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया (NH₃) जैसे उपयोग योग्य नाइट्रोजन यौगिकों में परिवर्तित किया जाता है। यह सूक्ष्मजीवों, विशेषकर जीवाणुओं और साइनोबैक्टीरिया द्वारा की जाती है।

नाइट्रोजनएज (Nitrogenase)

एक एंजाइम कॉम्प्लेक्स जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया को उत्प्रेरित करता है। यह ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और कम ऑक्सीजन वाले वातावरण में ही कार्य कर पाता है।

Key Statistics

साइनोबैक्टीरिया द्वारा प्रति वर्ष वैश्विक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का अनुमान 50-100 मिलियन टन नाइट्रोजन है, जिसमें हेटेरोसिस्ट एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं।

Source: विभिन्न जैव-भू-रासायनिक चक्र अध्ययनों के अनुसार

फिलामेंटस साइनोबैक्टीरिया में, हेटेरोसिस्ट आमतौर पर कुल कोशिकाओं के 5-10% होते हैं, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण की आवश्यकता के अनुसार भिन्न हो सकते हैं।

Source: Grokipedia (2025-11-27)

Examples

साइनोबैक्टीरिया में हेटेरोसिस्ट

नॉस्टॉक (Nostoc) और एनाबीना (Anabaena) जैसे तंतुमय साइनोबैक्टीरिया हेटेरोसिस्ट बनाने की क्षमता प्रदर्शित करते हैं। ये जीव धान के खेतों और अन्य जलीय पारिस्थितिकी तंत्रों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण करके मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं।

ग्लाइकोलिपिड परत

हेटेरोसिस्ट की कोशिका भित्ति में पाई जाने वाली हाइड्रोफोबिक ग्लाइकोलिपिड परत (जैसे C26-C28 यौगिक, 1-(O-α-D-ग्लूकोपाइरानोसिल)-3,25-हेक्साकोसेनडायोल) एक महत्वपूर्ण अनुकूलन है जो ऑक्सीजन को हेटेरोसिस्ट के अंदर विसरित होने से रोकती है, जिससे नाइट्रोजनएज एंजाइम की सुरक्षा होती है।

Frequently Asked Questions

▶क्या हेटेरोसिस्ट प्रकाश संश्लेषण करते हैं?

हेटेरोसिस्ट में फोटोसिस्टम II (जो ऑक्सीजन पैदा करता है) अनुपस्थित होता है, इसलिए वे ऑक्सीजन-उत्पादक प्रकाश संश्लेषण नहीं करते। हालांकि, वे फोटोसिस्टम I का उपयोग करके चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन के माध्यम से ATP का उत्पादन करते हैं, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है।

▶Nif जीन क्या हैं?

Nif (नाइट्रोजन स्थिरीकरण) जीन वे जीन होते हैं जो नाइट्रोजनएज एंजाइम और नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया में शामिल अन्य प्रोटीनों के संश्लेषण के लिए कोड करते हैं। ये जीन हेटेरोसिस्ट में सक्रिय होते हैं।

Topics Covered

सूक्ष्म जीव विज्ञानपादप शरीर क्रिया विज्ञानहेटेरोसिस्टकायिक कोशिकासाइनोबैक्टीरियानाइट्रोजन स्थिरीकरण

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