Wat gebeurt er met pyruvaat onder anaërobe omstandigheden?

glycolyse is de omzetting van het suikermolecuul met zes koolstofatomen glucose tot twee moleculen van de drie-koolstofverbinding pyruvaat en een beetje energie in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat) en NADH (een "elektronendrager"-molecuul). Het komt voor in alle cellen, zowel prokaryotisch (d.w.z. die cellen die over het algemeen niet in staat ademhaling) en eukaryoot (d.w.z. die met organellen en gebruik maken van cellulaire ademhaling in zijn geheel).

het pyruvaat gevormd in glycolyse, een proces dat zelf geen zuurstof nodig heeft, gaat in eukaryoten naar de mitochondriën voor aërobe ademhaling, waarvan de eerste stap de omzetting van pyruvaat in acetyl CoA (acetyl co-enzym A) is.

Maar als er geen zuurstof aanwezig is of als de cel geen manieren heeft om aerobe ademhaling uit te voeren (zoals bij de meeste prokaryoten), wordt pyruvaat iets anders. In anaërobe ademhaling, waar worden de twee moleculen van pyruvaat in omgezet??

Glycolyse is de omzetting van één molecuul glucose, C

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

Hier P_ik betekent "anorganisch fosfaat," of een vrije fosfaatgroep die niet aan een koolstofhoudend molecuul is bevestigd. ADP is adenosinedifosfaat, die verschilt van ADP door, zoals je misschien al geraden had, een enkele vrije fosfaatgroep.

Net zoals onder anaërobe omstandigheden, is het eindproduct van glycolyse onder aerobe omstandigheden pyruvaat. Wat gebeurt er met pyruvaat onder aerobe omstandigheden, en alleen onder aerobe omstandigheden, is: aërobe ademhaling (geïnitieerd door de brugreactie voorafgaand aan de Krebs-cyclus). Wat er onder anaërobe omstandigheden met pyruvaat gebeurt, is de omzetting in lactaat om de glycolyse stroomopwaarts te helpen voortslepen.

Voordat we nauwkeurig kijken naar het lot van pyruvaat onder anaërobe omstandigheden, is het de moeite waard om te kijken wat er gebeurt aan dit fascinerende molecuul onder de normale omstandigheden die u zelf typisch ervaart – nu, voor voorbeeld.

De brugreactie, ook wel de overgangsreactie, vindt plaats in de mitochondriën van eukaryoten en omvat de decarboxylering van pyruvaat om acetaat te vormen, een molecuul met twee koolstofatomen. Een molecuul van co-enzym A wordt aan het acetaat toegevoegd om acetyl-co-enzym A of acetyl CoA te vormen. Dit molecuul komt dan binnen de Krebs-cyclus.

Op dit punt wordt koolstofdioxide uitgescheiden als afvalproduct. Er is geen energie nodig en er wordt ook geen energie geoogst in de vorm van ATP of NADH.

Aërobe ademhaling voltooit het proces van cellulaire ademhaling en omvat de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen, zowel in de mitochondriën.

De Krebs-cyclus ziet acetyl CoA vermengd met een vier-koolstofmolecuul genaamd oxaalacetaat, waarvan het product achtereenvolgens weer wordt gereduceerd tot oxaalacetaat; een beetje ATP en veel elektronendragers resulteren.

De elektronentransportketen gebruikt de energie in de elektronen in de bovengenoemde dragers om veel ATP, met zuurstof nodig als de laatste elektronenacceptor om te voorkomen dat het hele proces ver stroomopwaarts, bij glycolyse, achteruitgaat.

Wanneer aerobe ademhaling geen optie is (zoals bij prokaryoten) of het aerobe systeem is uitgeput omdat de elektronentransportketen verzadigd is (zoals bij intensieve of anaërobe oefening in menselijke spieren), kan glycolyse niet langer doorgaan, omdat er geen bron van NAD_ meer is om het te behouden gaan.

Je cellen hebben hier een oplossing voor. Pyruvaat kan worden omgezet in melkzuur, of lactaat, om voldoende NAD+ te genereren om de glycolyse een tijdje gaande te houden.

C₃H₄O₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅O₃

Dit is de oorsprong van de beruchte "melkzuurverbranding" die je voelt tijdens intensieve spieroefeningen, zoals gewichtheffen of een volledige reeks sprints.