ماذا يحدث لبيروفات في ظل الظروف اللاهوائية؟

تحلل السكر هو تحويل جزيء السكر المكون من ستة كربون الجلوكوز إلى جزيئين من مركب ثلاثي الكربون البيروفات وقليلا من الطاقة في شكل ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) و NADH (جزيء "حامل الإلكترون"). يحدث في جميع الخلايا ، بدائية النواة (أي تلك التي تفتقر عمومًا إلى القدرة على ممارسة التمارين الهوائية التنفس) وحقيقية النواة (أي تلك التي تحتوي على عضيات وتستفيد من التنفس الخلوي مجمل).

البيروفات تشكلت في تحلل السكر، وهي عملية لا تتطلب في حد ذاتها أكسجين ، تنتقل في حقيقيات النوى إلى الميتوكوندريا من أجل التنفس الهوائي، والخطوة الأولى منها هي تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA (أسيتيل أنزيم أ).

ولكن إذا لم يكن هناك أكسجين أو كانت الخلية تفتقر إلى طرق لأداء التنفس الهوائي (كما هو الحال في معظم بدائيات النوى) ، فإن البيروفات تصبح شيئًا آخر. في التنفس اللاهوائي، إلى أي شيء يتم تحويل جزيئي البيروفات?

التحلل السكري هو تحويل جزيء واحد من الجلوكوز ، C₆ح₁₂ا₆، إلى جزيئين من البيروفات ، C₃ح₄ا₃، مع بعض ATP وأيونات الهيدروجين و NADH المتولدة على طول الطريق بمساعدة سلائف ATP و NADH:

ج₆ح₁₂ا₆ + 2 NAD + 2 ADP + 2 ص_أنا → 2 ج₃ح₄ا₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP

هنا ص_أنا تمثل "الفوسفات غير العضوي، "أو مجموعة فوسفات حرة غير مرتبطة بجزيء يحمل الكربون. ADP هو ثنائي فوسفات الأدينوزين، والذي يختلف عن ADP من خلال مجموعة فوسفات حرة واحدة ، كما قد تكون خمنت.

تمامًا كما هو الحال في ظل الظروف اللاهوائية ، فإن المنتج النهائي لتحلل السكر في ظل الظروف الهوائية هو البيروفات. ما يحدث للبيروفات في ظل الظروف الهوائية وفقط في الظروف الهوائية هو التنفس الهوائي (بدأه تفاعل الجسر السابق لدورة كريبس). في ظل الظروف اللاهوائية ، ما يحدث للبيروفات هو تحوله إلى اللاكتات للمساعدة في الحفاظ على تحلل السكر في اتجاه مجرى النهر.

قبل النظر عن كثب إلى مصير البيروفات في ظل الظروف اللاهوائية ، يجدر النظر إلى ما يحدث لهذا الجزيء الرائع في ظل الظروف العادية التي تعيشها أنت بنفسك عادةً - الآن ، من أجل مثال.

رد فعل الجسر ، ويسمى أيضًا رد فعل انتقالي، يحدث في الميتوكوندريا لحقيقيات النوى وينطوي على نزع الكربوكسيل من البيروفات لتشكيل أسيتات ، جزيء ثنائي الكربون. يضاف جزيء من الإنزيم المساعد أ إلى الأسيتات لتكوين أسيتيل أنزيم أ ، أو أسيتيل CoA. ثم يدخل هذا الجزيء دورة كريبس.

في هذه المرحلة ، يتم إفراز ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. لا حاجة للطاقة ولا يتم حصاد أي في شكل ATP أو NADH.

يكمل التنفس الهوائي عملية التنفس الخلوي ويتضمن دورة كريبس و سلسلة نقل الإلكترون، كلاهما في الميتوكوندريا.

ترى دورة كريبس أسيتيل CoA ممزوجًا بجزيء رباعي الكربون يسمى أوكسالأسيتات ، يتم تقليل نتاجه بالتتابع مرة أخرى إلى أوكسالو أسيتات ؛ ينتج عن ذلك القليل من ATP والكثير من ناقلات الإلكترون.

تستخدم سلسلة نقل الإلكترون الطاقة الموجودة في الإلكترونات في تلك الحاملات المذكورة أعلاه لإنتاج قدر كبير من ATP ، مع الأكسجين المطلوب كمستقبل نهائي للإلكترون لمنع العملية برمتها من النسخ الاحتياطي بعيدًا ، عند تحلل السكر.

عندما لا يكون التنفس الهوائي خيارًا (كما هو الحال في بدائيات النوى) أو يتم استنفاد النظام الهوائي بسبب تشبع سلسلة نقل الإلكترون (كما هو الحال في التمارين عالية الكثافة ، أو اللاهوائية ، في عضلات الإنسان) ، لم يعد من الممكن استمرار تحلل السكر ، لأنه لم يعد هناك مصدر لـ NAD_ للحفاظ عليه ذاهب.

خلاياك لديها حل بديل لهذا. يمكن تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك ، أو اللاكتات ، لتوليد ما يكفي من NAD + للحفاظ على استمرار تحلل السكر لفترة من الوقت.

ج₃ح₄ا₃ + NADH → NAD⁺ + ج₃ح₅ا₃

هذا هو نشأة "حرق حمض اللاكتيك" سيئ السمعة الذي تشعر به أثناء ممارسة تمارين عضلية مكثفة ، مثل رفع الأثقال أو مجموعة شاملة من سباقات السرعة.