Was passiert mit Pyruvat unter anaeroben Bedingungen?

Glykolyse ist die Umwandlung des Zuckermoleküls mit sechs Kohlenstoffatomen Glucose auf zwei Moleküle der Drei-Kohlenstoff-Verbindung Pyruvat und ein bisschen Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) und NADH (ein "Elektronenträger"-Molekül). Es kommt in allen Zellen vor, sowohl in prokaryotischen (d. h. in solchen, die im Allgemeinen nicht in der Lage sind, aerob Atmung) und eukaryontisch (d. h. solche, die Organellen haben und die Zellatmung in ihrer Gesamtheit).

Das Pyruvat bei der Glykolyse gebildet, ein Prozess, der selbst keinen Sauerstoff benötigt, geht bei Eukaryoten zu den Mitochondrien für aerobe Atmung, dessen erster Schritt die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA (Acetyl-Coenzym A) ist.

Aber wenn kein Sauerstoff vorhanden ist oder die Zelle keine Möglichkeit hat, aerob zu atmen (wie bei den meisten Prokaryoten), wird Pyruvat zu etwas anderem. Im anaerobe Atmung, in was werden die beiden Pyruvatmoleküle umgewandelt??

Glykolyse ist die Umwandlung eines Moleküls Glucose, C

C₆H₁₂Ö₆ + 2 NAD + 2 ADP + 2 P_ich → 2 C₃H₄Ö₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP

Hier P_ich steht für "anorganisches Phosphat“ oder eine freie Phosphatgruppe, die nicht an ein kohlenstoffhaltiges Molekül gebunden ist. ADP ist Adenosindiphosphat, das sich von ADP durch eine einzige freie Phosphatgruppe unterscheidet.

Genau wie unter anaeroben Bedingungen ist das Endprodukt der Glykolyse unter aeroben Bedingungen Pyruvat. Was mit Pyruvat unter aeroben Bedingungen und nur unter aeroben Bedingungen passiert, ist aerobe Atmung (initiiert durch die Brückenreaktion vor dem Krebs-Zyklus). Unter anaeroben Bedingungen passiert mit Pyruvat seine Umwandlung in Laktat, um die Glykolyse stromaufwärts zu fördern.

Bevor man sich das Schicksal von Pyruvat unter anaeroben Bedingungen genau ansieht, lohnt es sich, sich anzusehen, was passiert zu diesem faszinierenden Molekül unter den normalen Bedingungen, die Sie selbst typischerweise erleben – gerade jetzt, für Beispiel.

Die Brückenreaktion, auch genannt Übergangsreaktion, findet in den Mitochondrien von Eukaryoten statt und beinhaltet die Decarboxylierung von Pyruvat, um Acetat, ein Zwei-Kohlenstoff-Molekül, zu bilden. Ein Molekül Coenzym A wird dem Acetat hinzugefügt, um Acetyl-Coenzym A oder Acetyl-CoA zu bilden. Dieses Molekül tritt dann ein der Krebs-Zyklus.

An diesem Punkt wird Kohlendioxid als Abfallprodukt ausgeschieden. Es wird weder Energie benötigt, noch wird irgendeine in Form von ATP oder NADH geerntet.

Die aerobe Atmung vervollständigt den Prozess der Zellatmung und umfasst den Krebs-Zyklus und die Elektronentransportkette, beide in den Mitochondrien.

Im Krebs-Zyklus wird Acetyl-CoA mit einem Vier-Kohlenstoff-Molekül namens Oxalacetat vermischt, dessen Produkt sequentiell wieder zu Oxalacetat reduziert wird; wenig ATP und viele Elektronenträger resultieren.

Die Elektronentransportkette nutzt die Energie der Elektronen in den oben genannten Ladungsträgern, um eine große Menge an ATP, mit Sauerstoffbedarf als letzten Elektronenakzeptor, um zu verhindern, dass sich der gesamte Prozess bei der Glykolyse weit stromaufwärts zurückzieht.

Wenn aerobe Atmung nicht möglich ist (wie bei Prokaryoten) oder das aerobe System erschöpft ist, weil die Elektronentransportkette gesättigt ist (wie bei hochintensiven oder anaeroben Übungen im menschlichen Muskel) kann die Glykolyse nicht mehr fortgesetzt werden, da keine NAD_-Quelle mehr vorhanden ist, um sie zu halten gehen.

Ihre Zellen haben dafür einen Workaround. Pyruvat kann in Milchsäure oder Laktat umgewandelt werden, um genügend NAD+ zu erzeugen, um die Glykolyse eine Weile am Laufen zu halten.

C₃H₄Ö₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅Ö₃

Dies ist der Ursprung des berüchtigten "Milchsäurebrennens", das Sie während intensiver Muskelübungen wie dem Heben von Gewichten oder einem kompletten Sprint spüren.