ماذا يحدث عندما لا يتوفر أكسجين في نهاية عملية التحلل البطيء للجلوكوز؟

تحلل السكر هو الخطوة الأولى في تنفس الخلية ، ولا يحتاج إلى أكسجين للمضي قدمًا. يحول تحلل السكر جزيء السكر إلى جزيئين من البيروفات ، وينتج أيضًا جزيئين من كل من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) والنيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH). عندما يغيب الأكسجين ، يمكن للخلية أن تستقلب البيروفات من خلال عملية التخمير.

ATP هو جزيء تخزين الطاقة في الخلية ، بينما يشارك NADH ونسخته المؤكسدة ، NAD + ، في تفاعلات الخلية التي تتضمن نقل الإلكترونات ، والمعروفة باسم تفاعلات الأكسدة والاختزال. في حالة وجود الأكسجين ، يمكن للخلية استخراج طاقة كيميائية كبيرة عن طريق تكسير البيروفات من خلال دورة حمض الستريك ، والتي تحول NADH مرة أخرى إلى NAD +. بدون أكسدة ، يجب أن تستخدم الخلية التخمر لأكسدة NADH قبل أن تتراكم إلى مستويات غير صحية.

البيروفات عبارة عن جزيء ثلاثي الكربون يحوله إنزيم اللاكتات ديهيدروجينيز إلى لاكتات من خلال عملية تعرف باسم التخمير المثلي. في هذه العملية ، يتأكسد NADH إلى NAD + وهو أمر ضروري لاستمرار عملية تحلل السكر. في حالة عدم وجود الأكسجين ، يمنع التخمير المتماثل NADH من التراكم ، مما يوقف تحلل الجلوكوز ويسلب الخلية من مصدر طاقتها. لا ينتج التخمير أي جزيئات ATP ، ولكنه يسمح بتحلل السكر بالاستمرار وإنتاج كمية صغيرة من ATPs. في التخمير المثلي ، اللاكتات هو المنتج الوحيد.

في حالة عدم وجود الأكسجين ، يمكن لبعض الكائنات الحية مثل الخميرة تحويل البيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون والإيثانول. يستفيد صانعو البيرة من هذه العملية لتحويل الحبوب المهروسة إلى بيرة. يستمر التخمير غير المتجانس في خطوتين. أولاً ، يحول إنزيم البيروفات ديهيدروجينيز البيروفات إلى أسيتالديهيد. في الخطوة الثانية ، يقوم إنزيم نازعة الهيدروجين في الكحول بنقل الهيدروجين من NADH إلى الأسيتالديهيد ، وتحويله إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون. تعمل العملية أيضًا على تجديد NAD + ، مما يتيح استمرار تحلل السكر.

إذا شعرت يومًا بأن عضلاتك تحترق أثناء نشاط بدني شديد ، فأنت تعاني من تأثير التخمر المثلي في خلايا عضلاتك. التمارين الشاقة تستنفد مؤقتًا إمداد الخلية بالأكسجين. في ظل هذه الظروف ، تستقلب العضلات البيروفات وتحولها إلى حمض اللاكتيك ، مما ينتج عنه إحساس بالحرق المألوف. ومع ذلك ، فهذا رد فعل مؤقت لانخفاض مستويات الأكسجين. بدون الأكسجين ، يمكن للخلايا أن تموت بسرعة.

يستخدم التخمير اللاهوائي لإنتاج العديد من المواد الغذائية إلى جانب البيرة. على سبيل المثال ، يستفيد الملفوف من التخمير لإنتاج أكلات شهية مثل الكيمشي ومخلل الملفوف. تقوم سلالات معينة من البكتيريا ، بما في ذلك Lactobacillus bulgaricus و Streptococcus thermophiles ، بتحويل اللبن إلى زبادي من خلال التخمير المثلي. تعمل هذه العملية على تجميد الحليب وإعطاء نكهة الزبادي وزيادة حموضة الحليب ، مما يجعله غير مستساغ للعديد من البكتيريا الضارة.