Što se događa s piruvatom u anaerobnim uvjetima?

Glikoliza je konverzija molekule šećera sa šest ugljika glukoza na dvije molekule spoja s tri ugljika piruvat i malo energije u obliku ATP (adenozin trifosfat) i NADH (molekula "nosača elektrona"). Javlja se u svim stanicama, obje prokariotske (tj. Onima koje općenito nemaju sposobnost aerobika disanje) i eukariotske (tj. one koje imaju organele i u sebi koriste stanično disanje cjelina).

Piruvat nastala u glikolizi, proces koji sam po sebi ne zahtijeva kisik, eukariotima se nastavlja u mitohondrije za aerobno disanje, čiji je prvi korak pretvorba piruvata u acetil CoA (acetil koenzim A).

Ali ako kisika nema ili stanici nedostaju načini za aerobno disanje (kao i većina prokariota), piruvat postaje nešto drugo. U anaerobno disanje, u što se pretvaraju dvije molekule piruvata?

Glikoliza je pretvorba jedne molekule glukoze, C₆H₁₂O₆, na dvije molekule piruvata, C₃H₄O₃, s nekim ATP, vodikovim ionima i NADH koji se usput stvaraju uz pomoć prethodnika ATP i NADH:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD + 2 ADP + 2 P_i → 2 C₃H₄O₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP

Ovdje Str_i stoji za "anorganski fosfat, "ili slobodna fosfatna skupina koja nije vezana za molekulu koja sadrži ugljik. ADP je adenozin difosfat, koji se od ADP-a razlikuje po, kao što ste mogli pretpostaviti, jednoj slobodnoj fosfatnoj skupini.

Baš kao što je to u anaerobnim uvjetima, konačni produkt glikolize u aerobnim uvjetima je piruvat. Ono što se događa s piruvatom u aerobnim uvjetima, i to samo u aerobnim uvjetima, jest aerobno disanje (pokrenut reakcijom mosta koja prethodi Krebsovom ciklusu). U anaerobnim uvjetima, ono što se događa piruvatu je njegovo pretvaranje u laktat kako bi se glikoliza zadržala uzvodno.

Prije nego što pažljivo proučimo sudbinu piruvata u anaerobnim uvjetima, vrijedi pogledati što se događa ovoj fascinantnoj molekuli u normalnim uvjetima koje i sami obično doživljavate - upravo sada primjer.

Reakcija mosta, koja se naziva i reakcija prijelaza, odvija se u mitohondrijima eukariota i uključuje dekarboksilaciju piruvata da bi se dobio acetat, molekula s dva ugljika. Molekula koenzima A dodaje se acetatu kako bi nastao acetil koenzim A ili acetil CoA. Ova molekula zatim ulazi Krebsov ciklus.

U ovom se trenutku ugljični dioksid izlučuje kao otpadni proizvod. Nije potrebna energija niti se sakuplja u obliku ATP ili NADH.

Aerobno disanje dovršava proces staničnog disanja i uključuje Krebsov ciklus i lanac za transport elektrona, oba u mitohondriju.

Krebsov ciklus vidi acetil CoA pomiješan s molekulom od četiri ugljika zvanom oksaloacetat, čiji se produkt uzastopno ponovno reducira u oksaloacetat; rezultat je malo ATP-a i puno nosača elektrona.

Lanac prijenosa elektrona koristi energiju u elektronima u tim gore spomenutim nosačima da bi proizveo veliku količinu ATP, s potrebnim kisikom kao konačni akceptor elektrona kako bi se spriječilo da se čitav proces podupire daleko uzvodno, pri glikolizi.

Kada aerobno disanje nije opcija (kao kod prokariota) ili je aerobni sustav iscrpljen jer je lanac transporta elektrona zasićen (kao u vježbama visokog intenziteta ili anaerobnim vježbama u ljudskim mišićima), glikoliza se više ne može nastaviti, jer više nema izvora NAD_ koji bi je zadržao ide.

Vaše stanice za to imaju zaobilazno rješenje. Piruvat se može pretvoriti u mliječnu kiselinu ili laktat, da bi se stvorilo dovoljno NAD + da glikoliza neko vrijeme traje.

C₃H₄O₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅O₃

Ovo je geneza ozloglašenog "opeklina mliječne kiseline" koji osjećate tijekom intenzivnih mišićnih vježbi, poput dizanja utega ili sveukupnog sprinta.