Садржај
- Постављање табеле за ферментацију: гликолиза
- Где и када долази до ферментације млечне киселине?
- Ферментација млечне киселине
- Лактат и вежбање
- Млечна киселина и сагоревање: мит?
У мери у којој сте познати реч "ферментација", можда ћете бити склони да је повежете са процесом стварања алкохолних пића. Иако ово заиста користи једну врсту ферментације (која се формално и мистериозно назива) алкохолна ферментација), други тип, ферментација млечне киселине, заправо је виталнији и готово се сигурно дешава у одређеној мери у вашем телу док ово читате.
Ферментација се односи на сваки механизам помоћу којег ћелија може користити глукозу да би ослободила енергију у облику аденосин трифосфата (АТП) у недостатку кисеоника - то јест у анаеробним условима. Под све стања - на пример, са или без кисеоника, и у еукариотским (биљним и животињским) и прокариотским (бактеријским) ћелијама - метаболизам молекула глукозе, зван гликолиза, одвија се кроз више корака да би се произвеле две молекуле пирувата. Шта се тада дешава зависи од тога у који организам је укључен и да ли је присутан кисеоник.
Постављање табеле за ферментацију: гликолиза
У свим организмима глукоза (Ц6Х12О6) користи се као извор енергије и претвара се у серији од девет различитих хемијских реакција на пируват. Сама глукоза долази од распада свих врста намирница, укључујући угљене хидрате, протеине и масти. Све ове реакције одвијају се у ћелијској цитоплазми, независно од посебне ћелијске машинерије. Процес започиње улагањем енергије: Две фосфатне групе, од којих је свака узета из молекуле АТП-а, повезане су у молекули глукозе, остављајући два молекула аденозин-дифосфата (АДП). Резултат је молекул који подсећа на фруктозу из воћног шећера, али са две фосфатне групе. Ово једињење се дели на пар молекула са три угљеника, дихидроксиацетон фосфат (ДХАП) и глицералдехид-3-фосфат (Г-3-П), који имају исту хемијску формулу, али различиту распореду својих саставних атома; ДХАП се ионако претвара у Г-3-П.
Два молекула Г-3-П тада улазе у оно што се често назива фазом гликолизе која производи енергију. Г-3-П (и запамтите, постоје их два) даје протону или атому водоника молекули НАД + (никотинамид аденин динуклеотид, важан носилац енергије у многим ћелијским реакцијама) да би се створио НАДХ, док НАД даје фосфат Г-3-П како би га претворио у бисфосфоглицерат (БПГ), једињење са два фосфата. Свако од њих се даје АДП-у како би се формирала два АТП-а јер се пируват коначно генерише. Подсјетимо, међутим, да се све што се догоди након цијепања шећера из угљика у два шећера са три угљеника дуплира, тако да то значи да је нето резултат гликолизе четири АТП, два НАДХ и два молекула пирувата.
Важно је напоменути да се гликолиза сматра анаеробном јер кисеоник није потребан да се процес догоди. Лако је то побркати са „само ако нема кисеоника“. На исти начин можете оборити низ брдо у аутомобилу чак и са пуним резервоаром горива и на тај начин се укључити у „вожњу без гаса“, гликолиза се одвија на исти начин без обзира да ли је кисеоник присутан у већим количинама, мањим количинама или уопште не постоји.
Где и када долази до ферментације млечне киселине?
Након што је гликолиза достигла корак пирувата, судбина молекула пирувата зависи од специфичног окружења. У еукариотама, ако има довољно кисеоника, готово цео пируват се затвара у аеробно дисање. Први корак овог процеса у два корака је Кребсов циклус, који се такође назива циклус лимунске киселине или циклус трикарбоксилне киселине; други корак је транспортни ланац електрона. Они се одвијају у митохондријама ћелија, органелама које се често успоређују са малим електранама. Неки прокариоти могу се укључити у аеробни метаболизам упркос томе што немају митохондрије или друге органеле („факултативни аероби“), али већим делом могу сами да задовоље своје енергетске потребе путем анаеробних метаболичких путева, а многе бактерије су заправо отроване кисеоником ( "обвезати анаеробе").
Када има довољно кисеоника не у прокариоту и већини еукариота, пируват улази у ферментацију млечне киселине. Изузетак од овога је једноцелични еукариотни квас, гљивица која метаболизује пируват у етанол (дво-угљени алкохол који се налази у алкохолним пићима). При алкохолној ферментацији молекул угљен-диоксида се уклања из пирувата да би се створио ацеталдехид, а атом водоника је затим везан на ацеталдехид да би се добио етанол.
Ферментација млечне киселине
Гликолиза би у теорији могла да се одвија у недоглед да би се испоручио енергија матичном организму, јер свака глукоза резултира нето добитком енергије. Уосталом, глукоза би се могла мање-више континуирано уносити у систем ако организам једноставно поједе довољно, а АТП је у основи обновљиви ресурс. Ограничавајући фактор је доступност НАД-а+, и ту долази до ферментације млечне киселине.
Ензим зван лактат дехидрогеназа (ЛДХ) претвара пируват у лактат додавањем протона (Х+) у пируват, и током процеса, неки НАДХ из гликолизе се претвара у НАД+. Ово обезбеђује НАД+ молекула који се могу вратити „узводно“ да би учествовали и тако помогли у одржавању гликолизе. У стварности, ово није у потпуности ресторативно у смислу метаболичких потреба метаболизма. Користећи људе као пример, чак и особа која седи у мировању није се могла приближити задовољавању својих метаболичких потреба путем саме гликолизе. То је вероватно видљиво из чињенице да кад људи престану да дишу, не могу дуго да издрже живот због недостатка кисеоника. Као резултат тога, гликолиза у комбинацији са ферментацијом заиста је само мјера заустављања, начин да се прикупи еквивалент малом, помоћном резервоару горива када мотор треба додатно гориво. Овај концепт чини целу основу колоквијалних израза у свету вежби: „Осети опекотину“, „удари у зид“ и друге.
Лактат и вежбање
Ако млечна киселина - супстанца за коју сте готово сигурно чули, опет у току вежбања - звучи као нешто што се може наћи у млеку (можда сте видели локална имена попут Лактаида у локалном хладњаку млека), то није случајно. Лактат је први пут изолован на устајалом млеку још 1780. године. (Лактат је назив облика млечне киселине који је донирао протон, као што то чине све киселине по дефиницији. Ова конвенција о именовању "киселине" и "киселине" за киселине обухвата сву хемију.) Када трчите или дижете тегове или учествујете у вежбама високог интензитета - све што чини да дишете неудобно тешко, заправо - аеробни метаболизам , који се ослања на кисеоник, више није довољан да иде укорак са захтевима ваших радних мишића.
Под тим условима, тело прелази у „кисеонички дуг“, што је нешто погрешно јер је прави проблем ћелијски апарат који производи „само“ 36 или 38 АТП по молекули обезбеђене глукозе. Ако се интензитет вежбања одржи, тело покушава да иде у корак тако што шутира ЛДХ у високу брзину и ствара онолико НАД-а.+ што је више могуће претворбом пирувата у лактат. У овом тренутку аеробна компонента система је очигледно уклоњена, а анаеробна компонента бори се на исти начин као што неко бесно избацива чамац приметивши да ниво воде и даље расте успркос његовим напорима.
Лактат који настаје ферментацијом убрзо на њега веже протоне, стварајући млечну киселину. Ова киселина наставља да се накупља у мишићима како се рад одржава, све док напокон сви путеви ка генерисању АТП-а једноставно не могу да буду у току. У овој фази мишићни рад мора успорити или потпуно престати. Тркачица која је у трци од миља, али стартује пребрзо за свој фитнес ниво, можда ће се наћи у три круга у такмичењу у четири круга већ осиромашујући дуг од кисеоника. Да би се једноставно завршила, она се мора драстично успорити, а мишићи су јој толико опорезовани да ће њен тркачки облик или стил вероватно патити. Ако сте икада гледали тркача у дугој трци, као што су 400 метара (којима спортисти светске класе требају око 45 до 50 секунди да успори) снажно успорили у последњем делу трке, вероватно сте приметили да је или изгледа да плива. Ово се, лагано речено, може приписати затајењу мишића: Одсутни било какви извори горива, влакна у мишићима спортиста једноставно се не могу у потпуности или прецизно смањити, а посљедица тога је тркач који изненада изгледа као да носи невидљиви клавир или други велики предмет на његовим леђима.
Млечна киселина и сагоревање: мит?
Научници већ дуже време знају да се млечна киселина брзо накупља у мишићима који су на ивици неуспеха. Слично томе, добро је утврђено да врста физичке вежбе која доводи до ове врсте брзог затајења мишића производи јединствен и карактеристичан осећај печења у захваћеним мишићима. (Није тешко изазвати ово; спусти се на под и покушај да урадиш 50 непрекидних пусх-уп-а, а готово је сигурно да ће мишићи у грудима и раменима ускоро доживети "опекотину.") Стога је било довољно природно претпоставити, изостајући противни докази, да је сама млечна киселина узрок опекотина, а да је сама млечна киселина нешто од токсина - неопходно зло на путу прављења толико потребног НАД-а+. Ово веровање се темељно шири у заједници вежби; изађите на стазу или 5К стазу и вероватно ћете чути тркаче који се жале на болове из претходних дана вежбања захваљујући превише млечне киселине у ногама.
Новија истраживања су довела у питање ову парадигму. Лактат (овде се овај термин и "млечна киселина" наизменично употребљавају ради једноставности) откривено је да је било шта друго осим расипног молекула не узрок затајења мишића или сагоревања. Чини се да служи и као сигнални молекул између ћелија и ткива и као добро прикривен извор горива.
Традиционално образложење како лактат наводно изазива затајење мишића је низак пХ (висока киселост) у радним мишићима. Тело нормалног пХ лебди близу неутралног између киселе и базичне, али млечна киселина која пропушта протоне да постане лактат преплави мишиће водоничним јонима, чинећи их неспособнима да сама по себи функционишу. Ова идеја, међутим, снажно је изазвана од 1980-их. По мишљењу научника који напредују у другачијој теорији, врло мало Х+ која се накупља у радним мишићима заправо долази од млечне киселине. Ова идеја настала је углавном из блиског проучавања реакција гликолизе „узводно“ од пирувата, утичући и на ниво пирувата и на лактат. Такође, више млечне киселине преноси се из мишићних ћелија током вежбања него што се раније веровало, ограничавајући тако њену способност да избаци Х+ у мишиће. Неку од овог лактата може јетра узимати и користити за прављење глукозе следећи кораке гликолизе уназад. Резимирајући колико забуне и даље постоји од 2018. око овог питања, неки научници су чак предложили да се лактат користи као додатак гориву за вежбање и тако окрене дуготрајне идеје потпуно наопачке.