Στο βαθμό που είστε εξοικειωμένοι με τη λέξη "ζύμωση", μπορεί να έχετε την τάση να το συσχετίσετε με τη διαδικασία δημιουργίας αλκοολούχων ποτών. Ενώ αυτό πράγματι εκμεταλλεύεται έναν τύπο ζύμωσης (επίσημα και μη μυστηριωδώς αποκαλούμενο αλκοολική ζύμωση), ένας δεύτερος τύπος, ζύμωση γαλακτικού οξέος, είναι πραγματικά πιο ζωτικής σημασίας και σχεδόν σίγουρα εμφανίζεται σε κάποιο βαθμό στο σώμα σας καθώς το διαβάζετε.
Η ζύμωση αναφέρεται σε οποιονδήποτε μηχανισμό με τον οποίο ένα κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει γλυκόζη για να απελευθερώσει ενέργεια υπό τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ) απουσία οξυγόνου - δηλαδή, υπό αναερόβιες συνθήκες. Υπό όλα καταστάσεις - για παράδειγμα, με ή χωρίς οξυγόνο, και σε ευκαρυωτικά (φυτικά και ζώα) και προκαρυωτικά (βακτηριακά) κύτταρα - Ο μεταβολισμός ενός μορίου γλυκόζης, που ονομάζεται γλυκόλυση, προχωρά σε μια σειρά από βήματα για την παραγωγή δύο μορίων πυροσταφυλικό. Αυτό που συμβαίνει στη συνέχεια εξαρτάται από το τι εμπλέκεται ο οργανισμός και αν υπάρχει οξυγόνο.
Ρύθμιση του πίνακα για ζύμωση: Γλυκόλυση
Σε όλους τους οργανισμούς, η γλυκόζη (C6Η12Ο6) χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας και μετατρέπεται σε μια σειρά εννέα διαφορετικών χημικών αντιδράσεων σε πυροσταφυλικό. Η ίδια η γλυκόζη προέρχεται από την ανάλυση όλων των ειδών τροφίμων, συμπεριλαμβανομένων των υδατανθράκων, των πρωτεϊνών και των λιπών. Όλες αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο κυτταρόπλασμα, ανεξάρτητα από τα ειδικά κυτταρικά μηχανήματα. Η διαδικασία ξεκινά με μια επένδυση ενέργειας: Δύο ομάδες φωσφορικών αλάτων, καθεμία από τις οποίες προέρχεται από ένα μόριο ATP, συνδέονται με το μόριο γλυκόζης, αφήνοντας δύο μόρια διφωσφορικής αδενοσίνης (ADP) πίσω. Το αποτέλεσμα είναι ένα μόριο που μοιάζει με φρουκτόζη σακχάρου φρούτων, αλλά με τις δύο φωσφορικές ομάδες συνδεδεμένες. Αυτή η ένωση χωρίζεται σε ένα ζεύγος μορίων τριών άνθρακα, φωσφορικής διυδροξυακετόνης (DHAP) και γλυκεραλδεϋδη-3-φωσφορική (G-3-P), που έχουν τον ίδιο χημικό τύπο αλλά διαφορετικές ρυθμίσεις συστατικά άτομα · Το DHAP στη συνέχεια μετατρέπεται σε G-3-P ούτως ή άλλως.
Στη συνέχεια, τα δύο μόρια G-3-P εισέρχονται σε αυτό που συχνά ονομάζεται στάδιο παραγωγής γλυκόλυσης. Το G-3-P (και θυμηθείτε, υπάρχουν δύο από αυτά) παραδίδει ένα πρωτόνιο ή άτομο υδρογόνου σε ένα μόριο NAD + (δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνη, μια σημαντική ενέργεια φορέας σε πολλές κυτταρικές αντιδράσεις) για να παράγει NADH, ενώ το NAD δωρίζει ένα φωσφορικό στο G-3-P για να το μετατρέψει σε διφωσφογλυκερικό (BPG), μια ένωση με δύο φωσφορικά. Καθένα από αυτά εκχωρείται στο ADP για να σχηματίσει δύο ATP καθώς τελικά δημιουργείται πυροσταφυλικό. Θυμηθείτε, ωστόσο, ότι όλα όσα συμβαίνουν μετά το διαχωρισμό της ζάχαρης έξι-άνθρακα σε δύο τρία άνθρακα Τα σάκχαρα είναι διπλά, οπότε αυτό σημαίνει ότι το καθαρό αποτέλεσμα της γλυκόλυσης είναι τέσσερα ATP, δύο NADH και δύο πυροσταφυλικά μόρια.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η γλυκόλυση θεωρείται αναερόβια επειδή δεν απαιτείται οξυγόνο για να συμβεί η διαδικασία. Είναι εύκολο να το συγχέουμε με "μόνο αν δεν υπάρχει οξυγόνο." Με τον ίδιο τρόπο μπορείτε να κάνετε μια βόλτα σε ένα λόφο με ένα αυτοκίνητο ακόμα και με γεμάτη δεξαμενή αερίου, και έτσι συμμετέχουν σε «οδήγηση χωρίς αέριο», η γλυκόλυση ξεδιπλώνεται με τον ίδιο τρόπο εάν το οξυγόνο υπάρχει σε γενναιόδωρες ποσότητες, μικρότερες ποσότητες ή όχι όλα.
Πού και πότε συμβαίνει η ζύμωση γαλακτικού οξέος;
Μόλις η γλυκόλυση φτάσει στο στάδιο του πυροσταφυλικού, η τύχη των μορίων του πυροσταφυλικού εξαρτάται από το συγκεκριμένο περιβάλλον. Σε ευκαρυώτες, εάν υπάρχει αρκετό οξυγόνο, σχεδόν όλο το πυροσταφυλικό κλείνει σε αερόβια αναπνοή. Το πρώτο βήμα αυτής της διαδικασίας δύο σταδίων είναι ο κύκλος Krebs, που ονομάζεται επίσης κύκλος κιτρικού οξέος ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος. το δεύτερο βήμα είναι η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Αυτά συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια των κυττάρων, τα οργανίδια που συχνά παρομοιάζονται με μικροσκοπικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Ορισμένοι προκαρυώτες μπορούν να εμπλακούν στον αερόβιο μεταβολισμό, παρά το γεγονός ότι δεν έχουν μιτοχόνδρια ή άλλα οργανίδια (τα «προσθετικά αερόβια»), αλλά για τα περισσότερα μέρος μπορούν να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες μόνο μέσω αναερόβιων μεταβολικών οδών και πολλά βακτήρια δηλητηριάζονται από οξυγόνο ( αναερόβια ").
Όταν υπάρχει επαρκές οξυγόνο δεν παρόν, σε προκαρυώτες και στους περισσότερους ευκαρυωτικούς, το πυροσταφυλικό εισέρχεται στην οδό ζύμωσης γαλακτικού οξέος. Η εξαίρεση σε αυτό είναι η μονοκύτταρη ευκαρυωτική μαγιά, ένας μύκητας που μεταβολίζει το πυροσταφυλικό σε αιθανόλη (η αλκοόλη δύο-άνθρακα που βρίσκεται στα αλκοολούχα ποτά). Στην αλκοολική ζύμωση, ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα απομακρύνεται από το πυροσταφυλικό για να δημιουργήσει ακεταλδεΰδη, και ένα άτομο υδρογόνου στη συνέχεια συνδέεται με ακεταλδεΰδη για να παράγει αιθανόλη.
Ζύμωση γαλακτικού οξέος
Η γλυκόλυση θα μπορούσε θεωρητικά να προχωρήσει επ 'αόριστον για την παροχή ενέργειας στον γονικό οργανισμό, καθώς κάθε γλυκόζη έχει ως αποτέλεσμα καθαρή αύξηση ενέργειας. Σε τελική ανάλυση, η γλυκόζη θα μπορούσε να τροφοδοτείται συνεχώς στο σχήμα εάν ο οργανισμός τρώει αρκετά και το ATP είναι ουσιαστικά ένας ανανεώσιμος πόρος. Ο περιοριστικός παράγοντας εδώ είναι η διαθεσιμότητα του NAD+, και εδώ έρχεται η ζύμωση γαλακτικού οξέος.
Ένα ένζυμο που ονομάζεται γαλακτική αφυδρογονάση (LDH) μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό με την προσθήκη ενός πρωτονίου (H+) στο πυροσταφυλικό, και στη διαδικασία, μέρος του NADH από τη γλυκόλυση μετατρέπεται πίσω σε NAD+. Αυτό παρέχει ένα NAD+ μόριο που μπορεί να επιστραφεί "ανάντη" για να συμμετάσχει, και έτσι να βοηθήσει στη διατήρηση, γλυκόλυσης. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι εντελώς αποκαταστατικό όσον αφορά τις μεταβολικές ανάγκες ενός οργανισμού. Χρησιμοποιώντας τους ανθρώπους ως παράδειγμα, ακόμη και ένα άτομο που κάθεται σε κατάσταση ηρεμίας δεν θα μπορούσε να πλησιάσει τις μεταβολικές της ανάγκες μόνο μέσω της γλυκόλυσης. Αυτό είναι πιθανώς προφανές στο γεγονός ότι όταν οι άνθρωποι σταματούν να αναπνέουν, δεν μπορούν να διατηρήσουν τη ζωή για πολύ καιρό λόγω έλλειψης οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, η γλυκόλυση σε συνδυασμό με τη ζύμωση είναι πραγματικά απλώς ένα μέτρο διακοπής, ένας τρόπος να αντλήσουμε από το ισοδύναμο ενός μικρού, βοηθητικού ρεζερβουάρ καυσίμου όταν ο κινητήρας χρειάζεται επιπλέον καύσιμο. Αυτή η ιδέα διαμορφώνει ολόκληρη τη βάση των συνομιλητικών εκφράσεων στον κόσμο της άσκησης: «Νιώστε το κάψιμο», «χτυπήστε τον τοίχο» και άλλα.
Γαλακτικό και άσκηση
Εάν το γαλακτικό οξύ - μια ουσία που έχετε σχεδόν σίγουρα ακούσει, και πάλι στο πλαίσιο της άσκησης - ακούγεται σαν κάτι που μπορεί να βρεθεί στο γάλα (μπορεί να έχετε δει ονόματα προϊόντων όπως το Lactaid στο τοπικό ψυγείο γαλακτοκομικών προϊόντων), αυτό δεν είναι τυχαίο. Το γαλακτικό απομόνωσε για πρώτη φορά το παλιό γάλα το 1780. (Γαλακτικό είναι το όνομα της μορφής γαλακτικού οξέος που έχει δωρίσει ένα πρωτόνιο, όπως κάνουν όλα τα οξέα εξ ορισμού. Αυτή η σύμβαση ονομασίας "-ate" και "-icic acid" για οξέα καλύπτει όλη τη χημεία.) Όταν τρέχετε ή ανυψώνετε βάρη ή συμμετέχετε σε τύπους άσκησης υψηλής έντασης - οτιδήποτε σας κάνει να αναπνέετε δυσάρεστα σκληρά, στην πραγματικότητα - ο αερόβιος μεταβολισμός, ο οποίος βασίζεται στο οξυγόνο, δεν αρκεί πλέον να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της εργασίας σας μυς.
Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το σώμα μπαίνει σε «χρέος οξυγόνου», το οποίο είναι κάτι παραπλανητικό από το Το πραγματικό ζήτημα είναι μια κυτταρική συσκευή που παράγει "μόνο" 36 ή 38 ATP ανά μόριο γλυκόζης παρέχονται. Εάν διατηρηθεί η ένταση της άσκησης, το σώμα προσπαθεί να συμβαδίσει κλωτσώντας το LDH σε υψηλές ταχύτητες και παράγοντας τόσο πολύ NAD+ όσο το δυνατόν περισσότερο μέσω της μετατροπής του πυροσταφυλικού σε γαλακτικό. Σε αυτό το σημείο το αερόβιο στοιχείο του συστήματος ξεπερνά σαφώς και το αναερόβιο συστατικό αγωνίζεται με τον ίδιο τρόπο που κάποιος φρενάρει τη διάσωση ενός σκάφους παρατηρεί ότι η στάθμη του νερού συνεχίζει να ανεβαίνει παρά τη δική του προσπάθειες.
Το γαλακτικό που παράγεται σε ζύμωση έχει σύντομα προσκολλημένο σε ένα πρωτόνιο, δημιουργώντας γαλακτικό οξύ. Αυτό το οξύ συνεχίζει να συσσωρεύεται στους μύες καθώς διατηρείται η εργασία, έως ότου τελικά όλα τα μονοπάτια για την παραγωγή ATP απλά δεν μπορούν να συμβαδίσουν. Σε αυτό το στάδιο, η μυϊκή εργασία πρέπει να επιβραδυνθεί ή να σταματήσει εντελώς. Ένας δρομέας που βρίσκεται σε αγώνα ενός μιλίου αλλά ξεκινά κάπως πολύ γρήγορα για το επίπεδο της φυσικής του κατάστασης μπορεί να βρεθεί τρεις γύρους στον διαγωνισμό τεσσάρων γύρων που έχει ήδη αναλάβει το χρέος οξυγόνου. Για να τελειώσει απλά, πρέπει να επιβραδυνθεί δραστικά και οι μύες της φορολογούνται τόσο πολύ ώστε η φόρμα ή το στυλ της, είναι πιθανό να υποφέρει ορατά. Εάν έχετε παρακολουθήσει ποτέ έναν δρομέα σε έναν μακρύ αγώνα σπριντ, όπως τα 400 μέτρα (που διαρκούν αθλητές παγκόσμιας κλάσης περίπου 45 έως 50 δευτερόλεπτα μέχρι το τέλος) αργά σοβαρά στο τελικό τμήμα του αγώνα, πιθανότατα έχετε παρατηρήσει ότι φαίνεται σχεδόν να είναι κολύμπι. Αυτό, χαλαρά μιλώντας, οφείλεται σε μυϊκή ανεπάρκεια: Απουσία πηγών καυσίμου οποιουδήποτε είδους, οι ίνες στους μυς του αθλητή απλά δεν μπορούν να συστέλλονται εντελώς ή με ακρίβεια, και η συνέπεια είναι ένας δρομέας που ξαφνικά μοιάζει σαν να μεταφέρει ένα αόρατο πιάνο ή άλλο μεγάλο αντικείμενο στο δικό του πίσω.
Γαλακτικό οξύ και "The Burn": Ένας μύθος;
Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και πολύ καιρό ότι το γαλακτικό οξύ συσσωρεύεται γρήγορα στους μυς που βρίσκονται στα πρόθυρα αποτυχίας. Ομοίως, είναι καθιερωμένο ότι το είδος της σωματικής άσκησης που οδηγεί σε αυτόν τον τύπο ταχείας μυϊκής ανεπάρκειας παράγει μια μοναδική και χαρακτηριστική αίσθηση καψίματος στους προσβεβλημένους μυς. (Δεν είναι δύσκολο να το προκαλέσουμε αυτό. πέσει στο πάτωμα και προσπαθήστε να κάνετε 50 αδιάλειπτα push-ups, και είναι σχεδόν βέβαιο ότι οι μύες στο στήθος και τους ώμους σας θα βιώσουν σύντομα "το έγκαυμα.") Ως εκ τούτου, ήταν αρκετά φυσικό να υποθέσουμε, ανύπαρκτα, αντίθετα στοιχεία, ότι το ίδιο το γαλακτικό οξύ ήταν η αιτία του εγκαύματος και ότι το ίδιο το γαλακτικό οξύ ήταν κάτι τοξίνης - ένα απαραίτητο κακό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας για να γίνει πολύ απαραίτητο NAD+. Αυτή η πεποίθηση έχει διαδοθεί διεξοδικά σε όλη την κοινότητα των ασκήσεων πηγαίνετε σε αγωνιστική πίστα ή αγώνα δρόμου 5Κ και είναι πιθανό να ακούσετε τους δρομείς να παραπονιούνται για πόνο από την προπόνηση της προηγούμενης ημέρας χάρη στο υπερβολικό γαλακτικό οξύ στα πόδια τους.
Πιο πρόσφατη έρευνα έθεσε υπό αμφισβήτηση αυτό το παράδειγμα. Το γαλακτικό (εδώ, αυτός ο όρος και το "γαλακτικό οξύ" χρησιμοποιούνται εναλλακτικά για λόγους απλότητας) έχει βρεθεί ότι είναι οτιδήποτε άλλο εκτός από ένα άχρηστο μόριο που είναι δεν η αιτία της μυϊκής ανεπάρκειας ή του καψίματος. Προφανώς χρησιμεύει ως μόριο σηματοδότησης μεταξύ κυττάρων και ιστών και ως καλά μεταμφιεσμένη πηγή καυσίμου από μόνη της.
Το παραδοσιακό σκεπτικό που προσφέρεται για το πώς το γαλακτικό προκαλεί φερόμενη μυϊκή ανεπάρκεια είναι χαμηλό pH (υψηλή οξύτητα) στους μυς που εργάζονται. Το φυσιολογικό pH του σώματος αιωρείται κοντά στο ουδέτερο μεταξύ όξινου και βασικού, αλλά το γαλακτικό οξύ ρίχνει το Τα πρωτόνια που γίνονται γαλακτικά πλημμυρίζουν τους μυς με ιόντα υδρογόνου, καθιστώντας τα ανίκανα να λειτουργήσουν ανά βλ. Αυτή η ιδέα, ωστόσο, έχει αμφισβητηθεί έντονα από τη δεκαετία του 1980. Κατά την άποψη των επιστημόνων που προωθούν μια διαφορετική θεωρία, πολύ λίγο από το H+ που συσσωρεύεται στους μυς εργασίας προέρχεται πραγματικά από το γαλακτικό οξύ. Αυτή η ιδέα προήλθε κυρίως από μια στενή μελέτη των αντιδράσεων γλυκόλυσης "ανάντη" από πυροσταφυλικό, επηρεάζοντας τόσο τα επίπεδα πυροσταφυλικού όσο και γαλακτικού. Επίσης, περισσότερο γαλακτικό οξύ μεταφέρεται από τα μυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια της άσκησης από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως, περιορίζοντας έτσι την ικανότητά του να απορρίπτει Η+ στους μυς. Μερικά από αυτά τα γαλακτικά μπορούν να ληφθούν από το ήπαρ και να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή γλυκόζης ακολουθώντας τα βήματα της γλυκόλυσης αντίστροφα. Συνοψίζοντας πόσο μεγάλη σύγχυση εξακολουθεί να υπάρχει από το 2018 σχετικά με αυτό το ζήτημα, ορισμένοι επιστήμονες έχουν ακόμη πρότεινε τη χρήση γαλακτικού ως συμπλήρωμα καυσίμου για άσκηση, μετατρέποντας έτσι πλήρως τις ιδέες που κρατήθηκαν άνω κάτω.