Mikä on maitohapon käyminen?

Siltä osin kuin tunnet sanan "käyminen", saatat olla taipuvainen yhdistämään sen alkoholijuomien valmistusprosessiin. Vaikka tämä todellakin hyödyntää yhtä fermentointityyppiä (jota kutsutaan muodollisesti ja salaperäisesti alkoholikäyminen), toinen tyyppi, maitohappokäyminen, on itse asiassa elintärkeämpää ja esiintyy melkein varmasti jossain määrin omassa ruumiissasi tätä lukiessasi.

Fermentaatio tarkoittaa mitä tahansa mekanismia, jolla solu voi käyttää glukoosia vapauttamaan energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa hapen puuttuessa - toisin sanoen anaerobisissa olosuhteissa. Alla kaikki olosuhteet - esimerkiksi hapen kanssa tai ilman ja sekä eukaryoottisissa (kasvi- ja eläin-) että prokaryoottisoluissa (bakteerisoluissa) - glukoosimolekyylin, nimeltään glykolyysi, metabolia etenee useiden vaiheiden läpi kahden molekyylin tuottamiseksi pyruvaatti. Mitä sitten tapahtuu, riippuu siitä, mikä organismi on mukana ja onko happea läsnä.

Kaikissa organismeissa glukoosi (C

Kaksi G-3-P-molekyyliä menevät sitten glykolyysin energiantuotantovaiheeseen. G-3-P (ja muista, että näitä on kaksi) luovuttaa protonin tai vetyatomin NAD + -molekyylille (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, tärkeä energia kantaja monissa solureaktioissa) NADH: n tuottamiseksi, kun taas NAD luovuttaa fosfaatin G-3-P: lle sen muuttamiseksi bisfosfoglyseraatiksi (BPG), yhdisteeksi, jossa on kaksi fosfaatit. Jokainen näistä luovutetaan ADP: lle kahden ATP: n muodostamiseksi, kun pyruvaatti lopulta muodostuu. Muistakaa kuitenkin, että kaikki, mitä tapahtuu kuuden hiilihapon sokerin jakamisen jälkeen kolmihiiliseksi sokerit ovat päällekkäisiä, joten tämä tarkoittaa, että glykolyysin nettotulos on neljä ATP: tä, kaksi NADH: ta ja kaksi pyruvaattia molekyylejä.

On tärkeää huomata, että glykolyysiä pidetään anaerobisena, koska happea ei tarvita jotta prosessi tapahtuisi. On helppo sekoittaa tämä "vain, jos happea ei ole läsnä". Samalla tavalla voit laskeutua alas mäkeä autossa jopa täynnä polttoainesäiliötä, ja siten harjoittaa "kaasutonta ajoa", glykolyysi etenee samalla tavalla riippumatta siitä, onko happea runsaasti, pienempiä määriä vai ei kaikki.

Kun glykolyysi on saavuttanut pyruvaattivaiheen, pyruvaattimolekyylien kohtalo riippuu erityisestä ympäristöstä. Jos eukaryooteissa on riittävästi happea, melkein koko pyruvaatti siirretään aerobiseen hengitykseen. Tämän kaksivaiheisen prosessin ensimmäinen vaihe on Krebs-sykli, jota kutsutaan myös sitruunahapposykliksi tai trikarboksyylihapposykliksi; toinen vaihe on elektroninsiirtoketju. Nämä tapahtuvat solujen mitokondrioissa, organelleissa, joita verrataan usein pieniin voimalaitoksiin. Jotkut prokaryootit voivat harjoittaa aerobista aineenvaihduntaa, vaikka heillä ei ole mitokondrioita tai muita organelleja ("fakultatiiviset aerobit"), mutta useimmiten osa heistä voi tyydyttää energiantarpeensa pelkästään anaerobisten aineenvaihduntareittien kautta, ja monet bakteerit ovat todella hapen myrkyllisiä ("pakollinen" anaerobit ").

Kun happea on riittävästi ei läsnä, prokaryooteissa ja useimmissa eukaryooteissa, pyruvaatti menee maitohapon fermentointireittiin. Poikkeus tästä on yksisoluinen eukaryoottihiiva, sieni, joka metaboloi pyruvaatin etanoliksi (alkoholijuomissa esiintyvä kahden hiilen alkoholi). Alkoholikäymisessä hiilidioksidimolekyyli poistetaan pyruvaatista asetaldehydin muodostamiseksi, ja sitten vetyatomi kiinnitetään asetaldehydiin etanolin tuottamiseksi.

Glykolyysi voisi teoriassa edetä loputtomasti energian toimittamiseksi emo-organismille, koska jokainen glukoosi johtaa nettoenergiaan. Loppujen lopuksi glukoosia voitaisiin lisätä enemmän tai vähemmän jatkuvasti järjestelmään, jos organismi syö vain tarpeeksi, ja ATP on olennaisesti uusiutuva resurssi. Rajoittava tekijä on tässä NAD: n saatavuus⁺, ja tässä tapahtuu maitohappokäyminen.

Laktaattidehydrogenaasiksi kutsuttu entsyymi (LDH) muuntaa pyruvaatin laktaatiksi lisäämällä protonin (H⁺) pyruvaatiksi, ja prosessissa osa glykolyysin NADH: sta muuttuu takaisin NAD: ksi⁺. Tämä tarjoaa NAD: n⁺ molekyyli, joka voidaan palauttaa "ylävirtaan" osallistumaan glykolyysiin ja siten ylläpitämään sitä. Todellisuudessa tämä ei ole täysin korjaavaa organismin metabolisten tarpeiden kannalta. Ihmiset esimerkkinä, edes lepotilassa istuva ihminen ei voinut lähestyä aineenvaihduntatarpeitaan yksin glykolyysin avulla. Tämä näkyy todennäköisesti siinä, että kun ihmiset lopettavat hengityksen, he eivät voi ylläpitää elämää kovin kauan hapen puutteen vuoksi. Tämän seurauksena glykolyysi yhdessä käymisen kanssa on oikeastaan ​​vain pysähdyssuoja, tapa hyödyntää pienen lisäpolttoainesäiliön ekvivalenttia, kun moottori tarvitsee ylimääräistä polttoainetta. Tämä käsite muodostaa koko harjoittelumaailman puhekielen ilmaisun perustan: "Tunne palovamma", "osu seinään" ja muut.

Jos maitohappo - aine, josta olet melkein varmasti kuullut, taas liikunnan yhteydessä - kuulostaa siltä joita saattaa esiintyä maidossa (olet ehkä nähnyt paikallisten maitojäähdyttimien kaltaisia ​​tuotenimiä kuten Lactaid), tämä ei ole sattumaa. Laktaatti eristettiin ensimmäisen kerran vanhentuneessa maidossa jo vuonna 1780. (Laktaatti on maitohappomuodon nimi, joka on luovuttanut protonin, kuten kaikki hapot määritelmän mukaan tekevät. Tämä happojen "-ate" ja "-happo" -nimityskäytäntö kattaa koko kemian.) Kun juokset tai nostat painoja tai osallistut korkean intensiteetin harjoituksiin - kaikki, mikä saa sinut hengittämään epämiellyttävän vaikeaa - aerobinen aineenvaihdunta, joka perustuu happeen, ei enää riitä pysymään työsi vaatimusten mukaisena lihakset.

Näissä olosuhteissa keho joutuu "happivelkaan", mikä on jonkin verran väärinkäytöstä lähtien todellinen ongelma on solukko, joka tuottaa "vain" 36 tai 38 ATP glukoosimolekyyliä kohti toimitetaan. Jos liikunnan voimakkuus säilyy, keho yrittää pysyä vauhdissa potkimalla LDH: n korkealle vaihteelle ja tuottamalla niin paljon NAD: ta⁺ mahdollisuuksien mukaan muuttamalla pyruvaatti laktaatiksi. Tässä vaiheessa järjestelmän aerobinen komponentti on selvästi maksimoitu, ja anaerobinen komponentti kamppailee samalla tavalla joku kiihkeästi pelastamassa venettä huomaa, että vedenkorkeus hiipii edelleen hänen huolimatta ponnisteluja.

Käymisessä tuotetulle laktaatille on pian kiinnittynyt protoni, joka tuottaa maitohappoa. Tämä happo kerääntyy edelleen lihaksiin, kun työ jatkuu, kunnes lopulta kaikki polut ATP: n tuottamiseen eivät yksinkertaisesti voi pysyä vauhdissa. Tässä vaiheessa lihasten on hidastuttava tai lopetettava kokonaan. Juoksija, joka on mailikilpailussa, mutta alkaa hieman liian nopeasti kuntotasonsa vuoksi, voi löytää itsensä kolme kierrosta nelikierroskilpailuun jo rappeutuvalla happivelalla. Pelkästään loppuaan hänen on hidastettava rajusti, ja hänen lihaksensa ovat niin verotettuja, että hänen juoksumuodonsa tai -tyyli todennäköisesti kärsii selvästi. Jos olet koskaan katsellut juoksijaa pitkässä sprintikilpailussa, kuten 400 metriä (joka vie maailmanluokan urheilijoita noin 45-50 sekuntia loppuun) hitaasti vakavasti kilpailun loppuosassa, olet todennäköisesti huomannut, että hän melkein näyttää olevan uima. Tämä johtuu löyhästi lihasten vajaatoiminnasta: Mikään polttoainelähde puuttuu, kuidut urheilijan lihaksissa eivät yksinkertaisesti voi supistua kokonaan tai tarkasti, ja seurauksena on juoksija, joka yhtäkkiä näyttää ikään kuin hänellä olisi näkymättömiä pianoja tai muita suuria esineitä takaisin.

Tutkijat ovat pitkään tienneet, että maitohappoa kertyy nopeasti epäonnistumisen partaalla oleviin lihaksiin. Samoin on vakiintunutta, että sellainen fyysinen harjoitus, joka johtaa tämän tyyppiseen nopeaan lihasten vajaatoimintaan, tuottaa ainutlaatuisen ja tyypillisen polttavan tunnelman lihaksissa, joihin sairaus vaikuttaa. (Tätä ei ole vaikea saada aikaan; pudota lattialle ja yritä tehdä 50 keskeytymätöntä työntöä, ja on käytännössä varmaa, että rintakehän ja hartioiden lihakset kokevat pian "palovamman".) Siksi se oli tarpeeksi luonnollista olettaa, että päinvastoin ei ole todisteita siitä, että maitohappo itsessään oli palovamman syy ja että maitohappo itse oli jokin toksiini - välttämätön paha matkalla tekemään kaivattua NAD⁺. Tätä uskomusta on levitetty perusteellisesti koko harjoitusyhteisössä; mene ratatapahtumaan tai 5K-maantieajoon, ja todennäköisesti kuulet juoksijoiden valittavan edellisen päivän harjoittelusta kärsivän liikaa maitohappoa jaloissaan.

Uudempi tutkimus on asettanut tämän paradigman kyseenalaiseksi. Laktaatin (tässä termiä ja "maitohappoa" käytetään keskenään yksinkertaisuuden vuoksi) on todettu olevan kaikkea muuta kuin tuhlaava molekyyli, joka on ei lihasten vajaatoiminnan tai polttamisen syy. Se toimii ilmeisesti sekä signalointimolekyylinä solujen ja kudosten välillä että hyvin peiteltynä polttoaineen lähteenä itsessään.

Perinteinen syy siihen, kuinka laktaatti väittää aiheuttavan lihasten vajaatoiminnan, on alhainen pH (korkea happamuus) työskentelevissä lihaksissa. Kehon normaali pH vaihtelee lähellä neutraalia happaman ja emäksisen välillä, mutta maitohappo irtoaa sen protonit laktaatiksi tulvivat lihakset vetyioneilla, jolloin ne eivät kykene toimimaan per se. Tätä ajatusta on kuitenkin haastettu voimakkaasti 1980-luvulta lähtien. Eri teoriaa edistävien tutkijoiden mielestä H: sta on hyvin vähän⁺ joka kerääntyy työskenteleviin lihaksiin, tulee tosiasiallisesti maitohaposta. Tämä ajatus on syntynyt lähinnä pyruvaatin "ylävirtaan" tulevista glykolyysireaktioista, jotka vaikuttavat sekä pyruvaatti- että laktaattitasoihin. Myös enemmän maitohappoa kulkeutuu lihassoluista liikunnan aikana kuin aikaisemmin uskottiin, mikä rajoittaa sen kykyä kaataa H: tä⁺ lihaksiin. Osa tästä laktaatista voi imeytyä maksaan ja käyttää glukoosin tuottamiseen seuraamalla glykolyysivaiheita päinvastoin. Yhteenvetona siitä, kuinka paljon hämmennystä on edelleen olemassa vuodesta 2018 lähtien, jotkut tutkijat ovat jopa ehdotti laktaatin käyttämistä polttoainelisänä liikuntaan, mikä kääntäisi pitkään pidetyt ajatukset kokonaan ylösalaisin.