Hvad er mælkesyregæring?

I det omfang du er bekendt med ordet "gæring", er du måske tilbøjelig til at forbinde det med processen med at skabe alkoholholdige drikkevarer. Mens dette faktisk udnytter en type gæring (formelt og ikke-mystisk kaldet alkoholisk gæring), en anden type, mælkesyrefermentering, er faktisk mere vital og forekommer næsten helt sikkert i et vist omfang i din egen krop, når du læser dette.

Fermentering henviser til enhver mekanisme, hvormed en celle kan bruge glukose til at frigive energi i form af adenosintriphosphat (ATP) i fravær af ilt - det vil sige under anaerobe forhold. Under alle betingelser - for eksempel med eller uden ilt og i både eukaryote (plante- og dyre-) og prokaryote (bakterielle) celler - metabolismen af ​​et glukosemolekyle, kaldet glykolyse, fortsætter gennem et antal trin for at producere to molekyler af pyruvat. Hvad der så sker, afhænger af hvilken organisme der er involveret, og om ilt er til stede.

I alle organismer er glucose (C

De to G-3-P-molekyler går derefter ind i det, der ofte kaldes det energiproducerende trin i glykolyse. G-3-P (og husk, der er to af disse) opgiver et proton eller hydrogenatom til et molekyle af NAD + (nikotinamid-adenin-dinukleotid, en vigtig energi bærer i mange cellulære reaktioner) for at producere NADH, mens NAD donerer et phosphat til G-3-P for at omdanne det til bisphosphoglycerat (BPG), en forbindelse med to fosfater. Hver af disse gives til ADP for at danne to ATP, da pyruvat endelig genereres. Husk dog, at alt, hvad der sker efter opdeling af seks-kulstof sukker i to tre-kulstof sukker duplikeres, så det betyder, at nettoresultatet af glykolyse er fire ATP, to NADH og to pyruvat molekyler.

Det er vigtigt at bemærke, at glykolyse betragtes som anaerob, fordi ilt er ikke påkrævet for at processen skal forekomme. Det er let at forveksle dette med "kun hvis der ikke er ilt til stede." På samme måde kan du køre ned ad en bakke i en bil selv med en fuld tank med gas, og dermed engagere sig i "gasfri kørsel", glykolyse udfolder sig på samme måde, om ilt er til stede i generøse mængder, mindre mængder eller ikke i alle.

Når glykolyse har nået pyruvat-trinnet, afhænger skæbnen for pyruvatmolekylerne af det specifikke miljø. I eukaryoter, hvis tilstrækkelig ilt er til stede, overføres næsten alt pyruvat til aerob respiration. Det første trin i denne totrinsproces er Krebs-cyklussen, også kaldet citronsyrecyklus eller tricarboxylsyre-cyklus; det andet trin er elektrontransportkæden. Disse finder sted i mitokondrier af celler, organeller, der ofte sammenlignes med små kraftværker. Nogle prokaryoter kan engagere sig i aerob stofskifte på trods af at de ikke har nogen mitokondrier eller andre organeller (de "fakultative aerober"), men for det meste del, de kan imødekomme deres energibehov gennem anaerobe metaboliske veje alene, og mange bakterier er faktisk forgiftet af ilt (den "obligatoriske anaerober ").

Når tilstrækkelig ilt er ikke til stede, i prokaryoter og de fleste eukaryoter, kommer pyruvat ind i mælkesyrefermenteringsvejen. Undtagelsen herfra er den encellede eukaryote gær, en svamp, der metaboliserer pyruvat til ethanol (den to-kulstofalkohol, der findes i alkoholholdige drikkevarer). Ved alkoholfermentering fjernes et kuldioxidmolekyle fra pyruvat for at skabe acetaldehyd, og et hydrogenatom er derefter bundet til acetaldehyd for at generere ethanol.

Glykolyse kunne i teorien fortsætte på ubestemt tid for at levere energi til moderorganismen, da hver glukose resulterer i en nettoenergiforøgelse. Når alt kommer til alt, kan glukose tilføres mere eller mindre kontinuerligt i skemaet, hvis organismen simpelthen spiser nok, og ATP i det væsentlige er en vedvarende ressource. Den begrænsende faktor her er tilgængeligheden af ​​NAD⁺, og det er her mælkesyrefermentering kommer ind.

Et enzym kaldet lactatdehydrogenase (LDH) omdanner pyruvat til lactat ved tilsætning af en proton (H⁺) til pyruvatet, og i processen omdannes noget af NADH fra glykolyse tilbage til NAD⁺. Dette giver en NAD⁺ molekyle, der kan returneres "opstrøms" for at deltage i og dermed hjælpe med at opretholde glykolyse. I virkeligheden er dette ikke helt genoprettende med hensyn til en organisms metaboliske behov. Brug mennesker som et eksempel, selv en person, der sad i hvile, kunne ikke komme tæt på at imødekomme hendes metaboliske behov via glykolyse alene. Dette er sandsynligvis tydeligt i det faktum, at når folk holder op med at trække vejret, kan de ikke opretholde livet meget længe på grund af iltmangel. Som et resultat er glykolyse kombineret med gæring virkelig bare et stopgap-mål, en måde at trække på svarende til en lille, ekstra brændstoftank, når motoren har brug for ekstra brændstof. Dette koncept danner hele grundlaget for dagligdags udtryk i træningsverdenen: "Feel the burn", "hit the wall" og andre.

Hvis mælkesyre - et stof, du næsten helt sikkert har hørt om, igen i forbindelse med træning - lyder som noget der muligvis findes i mælk (du har muligvis set produktnavne som Lactaid i den lokale mælkekøler), er det ikke tilfældigt. Laktat blev først isoleret i uaktuel mælk tilbage i 1780. (Laktat er navnet på den form for mælkesyre, der har doneret en proton, som alle syrer pr. definition gør. Denne "-at" og "-syre" navngivningskonvention for syrer spænder over hele kemi.) Når du løber eller løfter vægte eller deltager i træningstyper med høj intensitet - alt, hvad der får dig til at trække vejret ubehageligt hårdt, faktisk - aerob stofskifte, der er afhængig af ilt, er ikke længere tilstrækkelig til at holde trit med kravene fra dit arbejde muskler.

Under disse forhold går kroppen ind i "iltgæld", hvilket er noget af en misvisende betegnelse siden reelt problem er et cellulært apparat, der producerer "kun" 36 eller 38 ATP pr. molekyle glukose leveres. Hvis træningens intensitet opretholdes, forsøger kroppen at holde trit ved at sparke LDH i højt gear og generere så meget NAD⁺ som muligt via omdannelse af pyruvat til lactat. På dette tidspunkt maksimeres den aerobe komponent i systemet tydeligt, og den anaerobe komponent kæmper for på samme måde som en frenetisk redning af en båd bemærker, at vandstanden fortsætter med at krybe op på trods af hans indsats.

Laktatet, der produceres i fermentering, har snart en proton, der danner mælkesyre. Denne syre fortsætter med at opbygge sig i musklerne, når arbejdet opretholdes, indtil endelig alle veje til generering af ATP simpelthen ikke kan holde trit. På dette stadium skal muskulært arbejde bremse eller ophøre helt. En løber, der deltager i en kilometerløb, men starter noget for hurtigt til sit fitnessniveau, kan finde sig selv tre omgange i firetrinskonkurrencen, der allerede er lammende iltgæld. For simpelthen at afslutte skal hun drastisk bremse, og hendes muskler er så beskattede, at hendes løbende form eller stil sandsynligvis vil lide synligt. Hvis du nogensinde har set en løber i et langt sprintløb, som f.eks. 400 meter (som tager verdensklasses atleter omkring 45 til 50 sekunder til slut) langsomt alvorligt i den sidste del af løbet, har du sandsynligvis bemærket, at han eller hun næsten ser ud til at være svømning. Løst sagt kan dette tilskrives muskelsvigt: Fraværende brændstofkilder af enhver art, fibrene i atletens muskler kan simpelthen ikke trække sig sammen helt eller med præcision, og konsekvensen er en løber, der pludselig ser ud som om han bærer et usynligt klaver eller andet stort objekt på sig tilbage.

Forskere har i lang tid vidst, at mælkesyre hurtigt opbygges i muskler, der er ved at svigte. Tilsvarende er det veletableret, at den form for fysisk træning, der fører til denne type hurtig muskelsvigt, producerer en unik og karakteristisk brændende fornemmelse i de berørte muskler. (Det er ikke svært at fremkalde dette; fald på gulvet og prøv at foretage 50 uafbrudte push-ups, og det er næsten sikkert, at musklerne i brystet og skuldrene snart vil opleve "forbrændingen.") Det var derfor naturligt nok at antage, fraværende modsat bevis, at mælkesyre i sig selv var årsagen til forbrændingen, og at mælkesyre i sig selv var noget af et toksin - et nødvendigt onde undervejs til at gøre meget tiltrængt NAD⁺. Denne tro er blevet udbredt grundigt i hele træningsfællesskabet; gå til et løbsmøde eller 5K vejløb, og du vil sandsynligvis høre løbere klage over at være ømme fra den foregående dags træning takket være for meget mælkesyre i benene.

Nyere forskning har sat spørgsmålstegn ved dette paradigme. Lactat (her, dette udtryk og "mælkesyre" bruges ombytteligt for enkelhedens skyld) har vist sig at være alt andet end et spildende molekyle, der er ikke årsagen til muskelsvigt eller forbrænding. Det tjener tilsyneladende både som et signalmolekyle mellem celler og væv og som en vel forklædt kilde til brændstof i sig selv.

Den traditionelle begrundelse for, hvordan lactat angiveligt forårsager muskelsvigt, er lav pH (høj surhed) i de arbejdende muskler. Kroppens normale pH svæver tæt på neutral mellem sur og basisk, men mælkesyre kaster dens protoner til at blive laktat oversvømmer muskler med brintioner, hvilket gør dem ude af stand til at fungere pr se. Denne idé er imidlertid blevet stærkt udfordret siden 1980'erne. I lyset af forskerne fremmer en anden teori, meget lidt af H⁺ der opbygges i arbejdsmuskler, kommer faktisk fra mælkesyre. Denne idé er hovedsageligt udsprunget af en tæt undersøgelse af glykolysereaktionerne "opstrøms" fra pyruvat og påvirker både pyruvat- og lactatniveauer. Desuden transporteres mere mælkesyre ud af muskelceller under træning end tidligere antaget, hvilket begrænser dets evne til at dumpe H⁺ ind i musklerne. Noget af dette lactat kan optages af leveren og bruges til at fremstille glukose ved at følge trinene i glykolyse omvendt. Sammenfattende hvor meget forvirring der stadig eksisterer fra og med 2018 omkring dette emne, har nogle forskere endda foreslog at bruge lactat som et brændstoftilskud til træning og derved vende langvarige ideer helt omvendt.