Τι συμβαίνει όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο στο τέλος της αργής γλυκόλυσης;

Η γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα στην αναπνοή των κυττάρων και δεν απαιτεί οξυγόνο για να προχωρήσει. Η γλυκόλυση μετατρέπει ένα μόριο σακχάρου σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, παράγοντας επίσης δύο μόρια καθένα από τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) και δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδίου αδενίνης (NADH). Όταν δεν υπάρχει οξυγόνο, ένα κύτταρο μπορεί να μεταβολίσει τα πυροσταφυλικά μέσω της διαδικασίας ζύμωσης.

Το ATP είναι το μόριο αποθήκευσης ενέργειας του κυττάρου, ενώ το NADH και η οξειδωμένη του μορφή, NAD +, συμμετέχουν στις κυτταρικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων, γνωστών ως αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Εάν υπάρχει οξυγόνο, το κύτταρο μπορεί να εξαγάγει σημαντική χημική ενέργεια διασπώντας το πυροσταφυλικό μέσω του κύκλου κιτρικού οξέος, ο οποίος μετατρέπει το NADH σε NAD +. Χωρίς οξείδωση, το κύτταρο πρέπει να χρησιμοποιεί ζύμωση για να οξειδώσει το NADH προτού συσσωρευτεί σε ανθυγιεινά επίπεδα.

Το πυροσταφυλικό είναι ένα μόριο τριών άνθρακα που το ένζυμο γαλακτική αφυδρογονάση μετατρέπεται σε γαλακτικό μέσω της διαδικασίας που είναι γνωστή ως ομολακτική ζύμωση. Στη διαδικασία, το NADH οξειδώνεται σε NAD + που απαιτείται για να προχωρήσει η γλυκόλυση. Ελλείψει οξυγόνου, η ομολακτική ζύμωση εμποδίζει τη συσσώρευση του NADH, κάτι που θα σταματήσει τη γλυκόλυση και θα κλέψει το κύτταρο της πηγής ενέργειας. Η ζύμωση δεν αποδίδει μόρια ATP, αλλά επιτρέπει τη συνέχιση της γλυκόλυσης και παράγει μια μικρή στάλα ATPs. Στην ομολακτική ζύμωση, το γαλακτικό είναι το μοναδικό προϊόν.

Ελλείψει οξυγόνου, ορισμένοι οργανισμοί όπως η μαγιά μπορούν να μετατρέψουν το πυροσταφυλικό σε διοξείδιο του άνθρακα και αιθανόλη. Οι ζυθοποιοί αξιοποιούν αυτήν τη διαδικασία για να μετατρέψουν το πουρέ σιτηρών σε μπύρα. Η ετερολακτική ζύμωση προχωρά σε δύο στάδια. Πρώτον, το ένζυμο πυροσταφυλικό αφυδρογονάση μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε ακεταλδεΰδη. Στο δεύτερο στάδιο, το ένζυμο αφυδρογονάση αλκοόλης μεταφέρει υδρογόνο από το NADH στην ακεταλδεΰδη, μετατρέποντάς το σε αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Η διαδικασία αναγεννά επίσης το NAD +, το οποίο επιτρέπει τη συνέχιση της γλυκόλυσης.

Εάν έχετε νιώσει ποτέ ότι οι μύες σας καίγονται κατά τη διάρκεια έντονης σωματικής δραστηριότητας, αντιμετωπίζετε την επίδραση της ομολακτικής ζύμωσης στα μυϊκά σας κύτταρα. Η έντονη άσκηση καταστρέφει προσωρινά την παροχή οξυγόνου ενός κυττάρου. Υπό αυτές τις συνθήκες, οι μύες μεταβολίζουν το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό οξύ, το οποίο προκαλεί την οικεία αίσθηση καψίματος. Ωστόσο, αυτή είναι μια αντίδραση διακοπής σε χαμηλά επίπεδα οξυγόνου. Χωρίς οξυγόνο, τα κύτταρα μπορούν γρήγορα να πεθάνουν.

Η αναερόβια ζύμωση χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πολλών τροφίμων εκτός από την μπύρα. Για παράδειγμα, το λάχανο ωφελείται από τη ζύμωση για να αποδώσει λιχουδιές, όπως kimchee και λάχανο τουρσί. Ορισμένα στελέχη βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων των Lactobacillus bulgaricus και Streptococcus thermophiles, μετατρέπουν το γάλα σε γιαούρτι μέσω ομολακτικής ζύμωσης. Η διαδικασία παγώνει το γάλα, δίνει τη γεύση του γιαουρτιού και αυξάνει την οξύτητα του γάλακτος, γεγονός που το καθιστά δυσάρεστο σε πολλά επιβλαβή βακτήρια.