젖산 발효 란 무엇입니까?

"발효"라는 단어에 익숙한 범위 내에서 알코올성 음료를 만드는 과정과 연관시킬 수 있습니다. 이것은 실제로 한 가지 유형의 발효를 이용하지만 (공식적으로 그리고 신비 롭지 않게 알코올 발효), 두 번째 유형, 젖산 발효, 실제로 더 중요하고 당신이 이것을 읽을 때 당신 자신의 몸에서 어느 정도 발생합니다.

발효는 산소가없는 상태, 즉 혐기성 조건에서 세포가 포도당을 사용하여 에너지를 ATP (아데노신 삼인산) 형태로 방출 할 수있는 모든 메커니즘을 의미합니다. 아래에 모두 조건 – 예를 들어 산소 유무와 진핵 생물 (식물과 동물) 및 원핵 (박테리아) 세포 모두에서 – 해당 과정이라고하는 포도당 분자의 대사는 여러 단계를 거쳐 피루 베이트. 그 후 일어나는 일은 어떤 유기체가 관여하고 산소가 있는지 여부에 따라 다릅니다.

모든 유기체에서 포도당 (C₆H₁₂영형₆)는 에너지 원으로 사용되며 일련의 9 가지 별개의 화학 반응을 통해 피루 베이트로 전환됩니다. 포도당 자체는 탄수화물, 단백질 및 지방을 포함한 모든 종류의 식품의 분해에서 비롯됩니다. 이러한 반응은 모두 특수 세포 기계와는 별개로 세포 세포질에서 발생합니다. 이 과정은 에너지 투자로 시작됩니다. 두 개의 인산염 그룹, 각각은 ATP 분자는 포도당 분자에 부착되어 두 개의 아데노신이 인산 (ADP) 분자를 남깁니다. 뒤에. 그 결과 과일 당 과당과 유사한 분자가 생성되지만 두 개의 인산기가 부착되어 있습니다. 이 화합물은 한 쌍의 탄소 3 개 분자, 디 하이드 록시 아세톤 포스페이트 (DHAP) 및 글리 세르 알데히드 -3- 포스페이트 (G-3-P), 화학식은 같지만 배열이 다릅니다. 구성 원자; DHAP는 어쨌든 G-3-P로 변환됩니다.

그런 다음 두 G-3-P 분자는 종종 해당 과정의 에너지 생성 단계라고하는 단계로 들어갑니다. G-3-P (이 중 두 가지가 있음을 기억하십시오)는 양성자 또는 수소 원자를 NAD + 분자 (중요한 에너지 인 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오티드)에 포기합니다. NADH를 생성하기 위해 NAD는 인산염을 G-3-P에 기증하여 bisphosphoglycerate (BPG)로 전환합니다. 인산염. 이들 각각은 피루 베이트가 최종적으로 생성 될 때 두 개의 ATP를 형성하기 위해 ADP에 제공됩니다. 그러나 6 탄당이 2 개의 3 탄소로 분리 된 후에 일어나는 모든 일을 상기하십시오. 당이 중복되므로 해당 과정의 순 결과는 ATP 4 개, NADH 2 개 및 피루 베이트 2 개입니다. 분자.

해당 과정은 혐기성으로 간주된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 산소가 필요하지 않습니다 프로세스가 발생합니다. 이것을 "산소가없는 경우에만"과 혼동하기 쉽습니다. 같은 방식으로 연료를 가득 채운 상태에서도 차에서 언덕을 내려갈 수 있습니다. 따라서 "가스없는 운전"에 참여하면 해당 과정은 산소가 충분한 양이든 적은 양이든 상관없이 동일한 방식으로 전개됩니다. 모두.

해당 과정이 피루 베이트 단계에 도달하면 피루 베이트 분자의 운명은 특정 환경에 따라 달라집니다. 진핵 생물에서 충분한 산소가 존재하면 거의 모든 피루 베이트가 호기성 호흡으로 이동합니다. 이 두 단계 공정의 첫 번째 단계는 구연산 회로 또는 트리 카르 복실 산 회로라고도하는 크렙스 회로입니다. 두 번째 단계는 전자 수송 사슬입니다. 이들은 종종 작은 발전소에 비유되는 세포 기관인 미토콘드리아 세포에서 발생합니다. 일부 원핵 생물은 미토콘드리아 나 다른 세포 기관 ( "통성 호기성")이 없더라도 호기성 대사에 관여 할 수 있지만, 대부분 혐기성 대사 경로만으로 에너지 요구를 충족시킬 수 있으며 많은 박테리아가 실제로 산소에 의해 중독됩니다. 혐기성 세균 ").

산소가 충분할 때 아니 현재 원핵 생물과 대부분의 진핵 생물에서 피루 베이트는 젖산 발효 경로로 들어갑니다. 이에 대한 예외는 피루 베이트를 에탄올 (알코올 음료에서 발견되는 2 탄소 알코올)로 대사하는 곰팡이 인 단세포 진핵 생물 효모입니다. 알코올 발효에서 이산화탄소 분자는 피루 베이트에서 제거되어 아세트 알데히드를 생성하고 수소 원자는 아세트 알데히드에 부착되어 에탄올을 생성합니다.

각 포도당이 순 에너지 증가를 가져 오기 때문에 당분 해는 이론적으로 무한정 진행되어 모체에 에너지를 공급할 수 있습니다. 결국, 유기체가 단순히 충분히 먹고 ATP가 본질적으로 재생 가능한 자원이면 포도당이 어느 정도 지속적으로 계획에 공급 될 수 있습니다. 여기서 제한 요소는 NAD의 가용성입니다.⁺, 그리고 이것이 젖산 발효가 들어오는 곳입니다.

젖산 탈수소 효소 (LDH)라는 효소는 양성자 (H)를 추가하여 피루브산을 젖산으로 전환합니다.⁺) 피루브산으로, 그 과정에서 해당 과정에서 NADH의 일부가 다시 NAD로 전환됩니다.⁺. 이것은 NAD를 제공합니다⁺ "상류"로 반환되어 해당 과정에 참여하고 유지하는 데 도움이되는 분자. 실제로 이것은 유기체의 신진 대사 요구 측면에서 완전히 회복되지 않습니다. 인간을 예로 들면, 휴식을 취하는 사람조차도 해당 과정만으로는 그녀의 신진 대사 요구를 충족시킬 수 없습니다. 이것은 사람들이 호흡을 멈출 때 산소 부족으로 인해 오랫동안 생명을 유지할 수 없다는 사실에서 분명합니다. 결과적으로 발효와 결합 된 해당 과정은 엔진에 추가 연료가 필요할 때 작은 보조 연료 탱크에 해당하는 것을 끌어내는 방법 인 임시 방편에 불과합니다. 이 개념은 운동 세계에서 "Feel the burn", "hit the wall"등 구어체 표현의 전체 기반을 형성합니다.

젖산 (운동의 맥락에서 다시 한 번 들어 보셨을 것임)이 무언가처럼 들린다면 우유에서 발견 될 수 있습니다 (지역 유제품 냉각기에서 Lactaid와 같은 제품 이름을 보았을 수도 있음). 이것은 우연이 아닙니다. 젖산은 1780 년에 오래된 우유 방식으로 처음 분리되었습니다. (젖산염 모든 산이 정의한 것처럼 양성자를 기증 한 젖산 형태의 이름입니다. 산에 대한이 "-ate"및 "-ic acid"명명 규칙은 모든 화학에 적용됩니다.) 달리기 또는 역도를하거나 고강도 운동 유형에 참여할 때 – 호흡을 불편하게하는 것은 무엇이든 실제로 – 산소에 의존하는 호기성 대사는 더 이상 작업 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다. 근육.

이러한 상황에서 신체는 "산소 부채"에 빠지게됩니다. 진짜 문제는 포도당 분자 당 "단지"36 또는 38 ATP를 생산하는 세포 장치입니다. 공급. 운동 강도가 지속되면 신체는 LDH를 고속 기어로 차고 NAD를 많이 생성하여 속도를 유지하려고합니다.⁺ 가능한 한 피루 베이트를 젖산으로 전환함으로써. 이 시점에서 시스템의 호기성 구성 요소는 분명히 최대치에 도달하고 혐기성 구성 요소는 미친 듯이 배를 구제하는 누군가가 자신의 수위에도 불구하고 수위가 계속 올라간다는 것을 알아 차리는 것과 같은 방식으로 노력.

발효 과정에서 생성되는 젖산에는 곧 양성자가 부착되어 젖산을 생성합니다. 이 산은 작업이 유지됨에 따라 근육에 계속 축적되며 결국 ATP를 생성하는 모든 경로가 속도를 유지할 수 없습니다. 이 단계에서 근육 운동은 느려지거나 완전히 중단되어야합니다. 마일 경주에 있지만 체력 수준에 비해 너무 빨리 시작하는 러너는 이미 심각한 산소 부족으로 4 바퀴 대회에 3 바퀴를 돌릴 수 있습니다. 간단히 끝내기 위해 그녀는 급격히 속도를 늦춰야하고, 그녀의 근육은 너무 부담이되어 그녀의 달리기 형태 나 스타일이 눈에 띄게 고통을받을 것입니다. 400 미터 (세계적 수준의 선수들이 약 45 ~ 50 미터를 차지하는)와 같은 장거리 스프린트 경주에서 주자를 본 적이 있다면 완료하는 데 몇 초 남았습니다) 레이스의 마지막 부분에서 심하게 천천히 수영. 이것은 느슨하게 말하면 근육 부전으로 인한 것입니다. 어떤 종류의 연료 공급원도 없으면 운동 선수 근육의 섬유가 수축 할 수 없습니다. 완전히 또는 정밀하게, 그 결과 갑자기 보이지 않는 피아노 또는 기타 큰 물건을 들고있는 것처럼 보이는 주자가 뒤.

과학자들은 쇠약 직전의 근육에 젖산이 빠르게 축적된다는 사실을 오랫동안 알고있었습니다. 마찬가지로, 이러한 유형의 빠른 근육 부전으로 이어지는 일종의 신체 운동이 영향을받은 근육에 독특하고 특징적인 타는듯한 느낌을 생성한다는 것은 잘 알려져 있습니다. (이를 유도하는 것은 어렵지 않습니다. 바닥에 내려 놓고 50 번의 끊김없는 팔 굽혀 펴기를 시도하면 가슴과 어깨의 근육이 곧 "화상"을 경험하게 될 것이 거의 확실합니다.) 따라서 충분히 자연스러 웠습니다. 반대로 증거없이 젖산 자체가 화상의 원인이되었고 젖산 자체가 독소의 일부 였다고 가정하는 것은 절실히 필요한 것을 만드는 데 필요한 악입니다. NAD⁺. 이 믿음은 운동 커뮤니티 전체에 철저히 전파되었습니다. 트랙 대회 나 5K로드 레이스에 가면 주자들이 다리에 젖산이 너무 많아 전날 운동으로 아프다고 불평하는 것을들을 수 있습니다.

보다 최근의 연구에서는이 패러다임을 의문의 여지가 있습니다. 젖산 (여기서는이 용어와 "젖산"은 단순성을 위해 같은 의미로 사용됨)은 낭비적인 분자가 아닌 것으로 밝혀졌습니다. 아니 근육 부전이나 화상의 원인. 그것은 분명히 세포와 조직 사이의 신호 분자이자 그 자체로 잘 위장 된 연료 공급원으로 작용합니다.

젖산이 근육 부전을 유발하는 방법에 대해 제시된 전통적인 근거는 작업 근육의 낮은 pH (높은 산도)입니다. 신체의 정상 pH는 산성과 염기성 사이에서 중성에 가깝지만 젖산은 젖산이되는 양성자는 근육을 수소 이온으로 넘치게하여 se. 그러나이 아이디어는 1980 년대 이후로 강력한 도전을 받아 왔습니다. 다른 이론을 발전시키는 과학자들의 관점에서, H⁺ 근육에 축적되는 것은 실제로 젖산에서 나옵니다. 이 아이디어는 주로 피루 베이트에서 "상류"의 해당 과정 반응에 대한 면밀한 연구에서 생겨 났으며, 피루 베이트와 젖산 수준 모두에 영향을 미칩니다. 또한 운동 중에는 이전에 믿었던 것보다 더 많은 젖산이 근육 세포 밖으로 운반되어 H를 배출하는 능력이 제한됩니다.⁺ 근육에. 이 젖산 중 일부는 간에서 흡수되어 해당 과정을 역으로 수행하여 포도당을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 문제와 관련하여 2018 년까지 여전히 얼마나 많은 혼란이 존재하는지 요약하면 일부 과학자들은 운동을위한 연료 보충제로 젖산을 사용하는 것이 좋습니다. 상하 반전.