लैक्टिक एसिड किण्वन क्या है?

जिस हद तक आप "किण्वन" शब्द से परिचित हैं, आप इसे मादक पेय बनाने की प्रक्रिया से जोड़ने के इच्छुक हो सकते हैं। हालांकि यह वास्तव में एक प्रकार के किण्वन का लाभ उठाता है (औपचारिक रूप से और गैर-रहस्यमय रूप से कहा जाता है मादक किण्वन), दूसरा प्रकार, लैक्टिक एसिड किण्वन, वास्तव में अधिक महत्वपूर्ण है और लगभग निश्चित रूप से आपके अपने शरीर में कुछ हद तक घटित हो रहा है जैसा कि आप इसे पढ़ते हैं।

किण्वन किसी भी तंत्र को संदर्भित करता है जिसके द्वारा एक कोशिका ग्लूकोज का उपयोग ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के रूप में ऊर्जा जारी करने के लिए कर सकती है - यानी अवायवीय परिस्थितियों में। के अंतर्गत सब स्थितियां - उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के साथ या बिना, और यूकेरियोटिक (पौधे और जानवर) और प्रोकैरियोटिक (बैक्टीरिया) कोशिकाओं दोनों में - ग्लूकोज के एक अणु का चयापचय, जिसे ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है, दो अणुओं का उत्पादन करने के लिए कई चरणों से आगे बढ़ता है पाइरूवेट फिर क्या होता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि कौन सा जीव शामिल है और क्या ऑक्सीजन मौजूद है।

सभी जीवों में ग्लूकोज (C .)₆एच₁₂हे₆) एक ऊर्जा स्रोत के रूप में प्रयोग किया जाता है और पाइरूवेट के लिए नौ अलग-अलग रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में परिवर्तित किया जाता है। ग्लूकोज स्वयं कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और वसा सहित सभी प्रकार के खाद्य पदार्थों के टूटने से आता है। ये सभी प्रतिक्रियाएं विशेष सेलुलर मशीनरी से स्वतंत्र, सेल साइटोप्लाज्म में होती हैं। प्रक्रिया ऊर्जा के निवेश से शुरू होती है: दो फॉस्फेट समूह, उनमें से प्रत्येक को a. से लिया गया है एटीपी के अणु ग्लूकोज अणु से जुड़े होते हैं, जिससे दो एडीनोसिन डाइफॉस्फेट (एडीपी) अणु निकल जाते हैं पीछे - पीछे। परिणाम फल चीनी फ्रुक्टोज जैसा एक अणु है, लेकिन दो फॉस्फेट समूहों के साथ जुड़ा हुआ है। यह यौगिक तीन-कार्बन अणुओं की एक जोड़ी में विभाजित हो जाता है, डायहाइड्रोक्सीएसीटोन फॉस्फेट (डीएचएपी) और ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट (जी-3-पी), जिनका रासायनिक सूत्र समान है लेकिन उनकी व्यवस्था अलग है घटक परमाणु; DHAP को फिर वैसे भी G-3-P में बदल दिया जाता है।

दो G-3-P अणु तब प्रवेश करते हैं जिसे अक्सर ग्लाइकोलाइसिस का ऊर्जा-उत्पादक चरण कहा जाता है। जी-3-पी (और याद रखें, इनमें से दो हैं) एनएडी + (निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड, एक महत्वपूर्ण ऊर्जा) के एक अणु को एक प्रोटॉन, या हाइड्रोजन परमाणु देता है। कई सेलुलर प्रतिक्रियाओं में वाहक) एनएडीएच का उत्पादन करने के लिए, जबकि एनएडी जी-3-पी को फॉस्फेट दान करता है ताकि इसे बिसफ़ॉस्फ़ोग्लिसरेट (बीपीजी) में परिवर्तित किया जा सके, एक यौगिक जिसमें दो फॉस्फेट। इनमें से प्रत्येक एडीपी को दो एटीपी बनाने के लिए दिया जाता है क्योंकि पाइरूवेट अंततः उत्पन्न होता है। हालाँकि, याद रखें कि छह-कार्बन चीनी के दो तीन-कार्बन में विभाजित होने के बाद जो कुछ भी होता है शर्करा दोहराई जाती है, तो इसका मतलब है कि ग्लाइकोलाइसिस का शुद्ध परिणाम चार एटीपी, दो एनएडीएच और दो पाइरूवेट है अणु।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ग्लाइकोलाइसिस को अवायवीय माना जाता है क्योंकि ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं है होने वाली प्रक्रिया के लिए। इसे "केवल अगर कोई ऑक्सीजन मौजूद नहीं है" के साथ भ्रमित करना आसान है। उसी तरह आप एक कार में एक पहाड़ी के नीचे गैस की एक पूरी टंकी के साथ भी तट कर सकते हैं, और इस प्रकार "गैस रहित ड्राइविंग" में संलग्न होते हैं, ग्लाइकोलाइसिस उसी तरह प्रकट होता है कि ऑक्सीजन उदार मात्रा में मौजूद है, कम मात्रा में या नहीं सब।

एक बार ग्लाइकोलाइसिस पाइरूवेट चरण तक पहुँच गया है, पाइरूवेट अणुओं का भाग्य विशिष्ट वातावरण पर निर्भर करता है। यूकेरियोट्स में, यदि पर्याप्त ऑक्सीजन मौजूद है, तो लगभग सभी पाइरूवेट एरोबिक श्वसन में बंद हो जाते हैं। इस दो-चरणीय प्रक्रिया का पहला चरण क्रेब्स चक्र है, जिसे साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र भी कहा जाता है; दूसरा चरण इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला है। ये कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में होते हैं, ऑर्गेनेल जिनकी तुलना अक्सर छोटे बिजली संयंत्रों से की जाती है। कुछ प्रोकैरियोट्स कोई माइटोकॉन्ड्रिया या अन्य ऑर्गेनेल ("संकाय एरोबिक्स") न होने के बावजूद एरोबिक चयापचय में संलग्न हो सकते हैं, लेकिन अधिकांश के लिए भाग वे अकेले अवायवीय चयापचय मार्गों के माध्यम से अपनी ऊर्जा की जरूरतों को पूरा कर सकते हैं, और कई बैक्टीरिया वास्तव में ऑक्सीजन द्वारा जहर दिए जाते हैं ("बाध्यकारी" एनारोबेस")।

जब पर्याप्त ऑक्सीजन है नहीं मौजूद, प्रोकैरियोट्स और अधिकांश यूकेरियोट्स में, पाइरूवेट लैक्टिक एसिड किण्वन मार्ग में प्रवेश करता है। इसका अपवाद एकल-कोशिका वाले यूकेरियोट खमीर है, एक कवक जो पाइरूवेट को इथेनॉल (मादक पेय में पाया जाने वाला दो-कार्बन अल्कोहल) में चयापचय करता है। अल्कोहलिक किण्वन में, एसिटालडिहाइड बनाने के लिए पाइरूवेट से एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु को हटा दिया जाता है, और फिर एक हाइड्रोजन परमाणु को इथेनॉल उत्पन्न करने के लिए एसीटैल्डिहाइड से जोड़ा जाता है।

सिद्धांत रूप में ग्लाइकोलाइसिस मूल जीव को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए अनिश्चित काल तक आगे बढ़ सकता है, क्योंकि प्रत्येक ग्लूकोज के परिणामस्वरूप शुद्ध ऊर्जा लाभ होता है। आखिरकार, ग्लूकोज को कमोबेश लगातार योजना में डाला जा सकता है यदि जीव बस पर्याप्त खाता है, और एटीपी अनिवार्य रूप से एक अक्षय संसाधन है। यहाँ सीमित कारक NAD. की उपलब्धता है⁺, और यहीं से लैक्टिक एसिड किण्वन आता है।

लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज (LDH) नामक एक एंजाइम एक प्रोटॉन (H) जोड़कर पाइरूवेट को लैक्टेट में परिवर्तित करता है⁺) पाइरूवेट में, और इस प्रक्रिया में, ग्लाइकोलाइसिस से कुछ NADH वापस NAD में परिवर्तित हो जाता है⁺. यह एक NAD. प्रदान करता है⁺ अणु जिसे "अपस्ट्रीम" में भाग लेने के लिए वापस किया जा सकता है, और इस प्रकार ग्लाइकोलाइसिस को बनाए रखने में मदद करता है। वास्तव में, यह किसी जीव की उपापचयी आवश्यकताओं के संदर्भ में पूरी तरह से दृढ नहीं है। एक उदाहरण के रूप में मनुष्यों का उपयोग करते हुए, यहां तक ​​​​कि आराम से बैठा व्यक्ति भी अकेले ग्लाइकोलाइसिस के माध्यम से अपनी चयापचय संबंधी जरूरतों को पूरा करने के करीब नहीं आ सकता है। यह शायद इस तथ्य से स्पष्ट है कि जब लोग सांस लेना बंद कर देते हैं, तो वे ऑक्सीजन की कमी के कारण बहुत लंबे समय तक जीवन नहीं बना सकते हैं। नतीजतन, किण्वन के साथ संयुक्त ग्लाइकोलाइसिस वास्तव में सिर्फ एक स्टॉपगैप उपाय है, इंजन को अतिरिक्त ईंधन की आवश्यकता होने पर एक छोटे, सहायक ईंधन टैंक के बराबर आकर्षित करने का एक तरीका है। यह अवधारणा व्यायाम की दुनिया में बोलचाल की अभिव्यक्तियों का संपूर्ण आधार बनाती है: "जला महसूस करो," "दीवार को मारो" और अन्य।

यदि लैक्टिक एसिड - एक पदार्थ जिसके बारे में आपने लगभग निश्चित रूप से सुना है, फिर से व्यायाम के संदर्भ में - कुछ ऐसा लगता है जो दूध में पाया जा सकता है (आपने स्थानीय डेयरी कूलर में लैक्टैड जैसे उत्पाद नाम देखे होंगे), यह कोई दुर्घटना नहीं है। लैक्टेट को पहली बार 1780 में बासी दूध में अलग किया गया था। (लैक्टेट लैक्टिक एसिड के रूप का नाम है जिसने एक प्रोटॉन दान किया है, जैसा कि सभी एसिड परिभाषा के अनुसार करते हैं। एसिड के लिए यह "-एट" और "-आईसी एसिड" नामकरण परंपरा सभी रसायन शास्त्र में फैली हुई है।) जब आप दौड़ रहे हैं या वजन उठा रहे हैं या उच्च तीव्रता वाले व्यायाम में भाग ले रहे हैं - कुछ भी जो आपको असहज रूप से कठिन सांस लेने के लिए मजबूर करता है, वास्तव में - एरोबिक चयापचय, जो ऑक्सीजन पर निर्भर करता है, अब आपके काम की मांगों को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं है मांसपेशियों।

इन शर्तों के तहत, शरीर "ऑक्सीजन ऋण" में चला जाता है, जो कि एक मिथ्या नाम है क्योंकि वास्तविक मुद्दा एक सेलुलर उपकरण है जो ग्लूकोज के प्रति अणु "केवल" 36 या 38 एटीपी का उत्पादन करता है आपूर्ति की। यदि व्यायाम की तीव्रता बनी रहती है, तो शरीर एलडीएच को उच्च गियर में लाकर और अधिक से अधिक एनएडी उत्पन्न करके गति बनाए रखने का प्रयास करता है।⁺ पाइरूवेट को लैक्टेट में परिवर्तित करके जितना संभव हो सके। इस बिंदु पर प्रणाली का एरोबिक घटक स्पष्ट रूप से अधिकतम हो गया है, और अवायवीय घटक संघर्ष कर रहा है उसी तरह कोई नाव से बाहर निकलते हुए देखता है कि उसके बावजूद पानी का स्तर लगातार बढ़ रहा है प्रयास।

किण्वन में उत्पन्न होने वाले लैक्टेट में जल्द ही एक प्रोटॉन जुड़ा होता है, जिससे लैक्टिक एसिड उत्पन्न होता है। यह एसिड मांसपेशियों में निर्माण जारी रखता है क्योंकि काम बनाए रखा जाता है, जब तक कि एटीपी पैदा करने के सभी रास्ते बस गति नहीं रख सकते। इस स्तर पर, मांसपेशियों का काम धीमा होना चाहिए या पूरी तरह से बंद हो जाना चाहिए। एक धावक जो एक मील की दौड़ में है, लेकिन अपने फिटनेस स्तर के लिए कुछ हद तक तेजी से शुरू होता है, वह पहले से ही ऑक्सीजन ऋण को अपंग में चार-गोद प्रतियोगिता में तीन गोद पा सकता है। बस खत्म करने के लिए, उसे बहुत धीमा होना चाहिए, और उसकी मांसपेशियों पर इतना कर लगाया जाता है कि उसके दौड़ने के रूप, या शैली को स्पष्ट रूप से नुकसान होने की संभावना है। यदि आपने कभी किसी धावक को लंबी स्प्रिंट दौड़ में देखा है, जैसे कि 400 मीटर (जिसमें विश्व स्तरीय एथलीट लगभग 45 से 50 लगते हैं) सेकंड्स टू फिनिश) रेस के अंतिम भाग में गंभीर रूप से धीमी गति से, आपने शायद देखा होगा कि वह लगभग प्रतीत होता है तैराकी। यह, संक्षेप में, मांसपेशियों की विफलता के कारण है: किसी भी प्रकार के अनुपस्थित ईंधन स्रोत, एथलीट की मांसपेशियों में तंतु बस अनुबंध नहीं कर सकते हैं पूरी तरह से या सटीकता के साथ, और परिणाम एक धावक है जो अचानक ऐसा लगता है जैसे वह एक अदृश्य पियानो या अन्य बड़ी वस्तु को अपने ऊपर ले जा रहा है वापस।

वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि लैक्टिक एसिड उन मांसपेशियों में तेजी से बनता है जो विफल होने के कगार पर हैं। इसी तरह, यह अच्छी तरह से स्थापित है कि जिस तरह का शारीरिक व्यायाम इस प्रकार की तेजी से मांसपेशियों की विफलता की ओर जाता है, प्रभावित मांसपेशियों में एक अनूठी और विशिष्ट जलन पैदा करता है। (इसे प्रेरित करना कठिन नहीं है; फर्श पर गिरें और 50 निर्बाध पुश-अप्स करने का प्रयास करें, और यह लगभग निश्चित है कि आपकी छाती और कंधों की मांसपेशियां जल्द ही "जलन" का अनुभव करेंगी। इसलिए यह काफी स्वाभाविक था। यह मानने के लिए, अनुपस्थित विपरीत सबूत, कि लैक्टिक एसिड ही जलने का कारण था, और वह लैक्टिक एसिड ही एक विष था - बहुत जरूरी बनाने के रास्ते में एक आवश्यक बुराई नाडी⁺. इस विश्वास को पूरे अभ्यास समुदाय में अच्छी तरह से प्रचारित किया गया है; ट्रैक मीट या 5K रोड रेस में जाएं, और आप धावकों को पिछले दिन की कसरत से दर्द होने की शिकायत सुन सकते हैं, उनके पैरों में बहुत अधिक लैक्टिक एसिड के कारण धन्यवाद।

अधिक हालिया शोध ने इस प्रतिमान को प्रश्न में कहा है। लैक्टेट (यहाँ, यह शब्द और "लैक्टिक एसिड" सरलता के लिए एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जाता है) एक बेकार अणु के अलावा कुछ भी पाया गया है जो कि है नहीं मांसपेशियों की विफलता या जलन का कारण। यह स्पष्ट रूप से कोशिकाओं और ऊतकों के बीच एक सिग्नलिंग अणु और अपने आप में ईंधन के एक अच्छी तरह से प्रच्छन्न स्रोत के रूप में कार्य करता है।

लैक्टेट कथित तौर पर मांसपेशियों की विफलता का कारण कैसे बनता है, इसके लिए पारंपरिक तर्क काम करने वाली मांसपेशियों में कम पीएच (उच्च अम्लता) है। शरीर का सामान्य पीएच अम्लीय और मूल के बीच तटस्थ के करीब मंडराता है, लेकिन लैक्टिक एसिड इसे बहा देता है लैक्टेट बनने के लिए प्रोटॉन हाइड्रोजन आयनों के साथ मांसपेशियों को भर देते हैं, जिससे वे प्रति कार्य करने में असमर्थ हो जाते हैं से. हालाँकि, इस विचार को 1980 के दशक से कड़ी चुनौती दी गई है। एक अलग सिद्धांत को आगे बढ़ाने वाले वैज्ञानिकों की दृष्टि में, H. का बहुत कम⁺ जो काम करने वाली मांसपेशियों में बनता है वह वास्तव में लैक्टिक एसिड से आता है। यह विचार मुख्य रूप से पाइरूवेट से "अपस्ट्रीम" ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रियाओं के एक करीबी अध्ययन से उभरा है, जो पाइरूवेट और लैक्टेट दोनों स्तरों को प्रभावित करता है। इसके अलावा, व्यायाम के दौरान मांसपेशियों की कोशिकाओं से पहले की तुलना में अधिक लैक्टिक एसिड ले जाया जाता है, इस प्रकार एच. को डंप करने की इसकी क्षमता सीमित हो जाती है⁺ मांसपेशियों में। इस लैक्टेट में से कुछ को यकृत द्वारा लिया जा सकता है और ग्लाइकोलाइसिस के चरणों का उल्टा पालन करके ग्लूकोज बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। संक्षेप में, इस मुद्दे को लेकर 2018 तक कितना भ्रम अभी भी मौजूद है, कुछ वैज्ञानिकों ने यहां तक ​​कि व्यायाम के लिए ईंधन पूरक के रूप में लैक्टेट का उपयोग करने का सुझाव दिया, इस प्रकार लंबे समय से आयोजित विचारों को पूरी तरह से बदल दिया उल्टा।