Hva skjer med pyruvat under anaerobe forhold?

Glykolyse er omdannelsen av seks-karbon sukkermolekylet glukose til to molekyler av tre-karbonforbindelsen pyruvat og litt energi i form av ATP (adenosintrifosfat) og NADH (et "elektronbærer" -molekyl). Det forekommer i alle celler, begge prokaryotiske (dvs. de som generelt ikke har kapasitet til aerobic respirasjon) og eukaryotisk (dvs. de som har organeller og bruker cellulær respirasjon i dens helhet).

Pyruvat dannet i glykolyse, en prosess som i seg selv ikke krever oksygen, fortsetter i eukaryoter til mitokondriene for aerobisk respirasjonhvor det første trinnet er omdannelsen av pyruvat til acetyl CoA (acetylkoenzym A).

Men hvis det ikke er noe oksygen eller cellen mangler måter å utføre aerob respirasjon på (som de fleste prokaryoter), blir pyruvat noe annet. I anaerob respirasjon, hva blir de to molekylene av pyruvat konvertert til?

Glykolyse er omdannelsen av ett molekyl glukose, C₆H₁₂O₆, til to molekyler av pyruvat, C₃H₄O₃, med noen ATP, hydrogenioner og NADH generert underveis ved hjelp av ATP og NADH forløpere:

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

Her P_Jeg står for "uorganisk fosfat, "eller en fri fosfatgruppe som ikke er bundet til et karbonbærende molekyl. ADP er adenosindifosfat, som skiller seg fra ADP ved, som du kanskje har gjettet, en enkelt fri fosfatgruppe.

Akkurat som det er under anaerobe forhold, er sluttproduktet av glykolyse under aerobe forhold pyruvat. Det som skjer med pyruvat under aerobe forhold, og bare under aerobe forhold, er aerobisk respirasjon (initiert av broreaksjonen før Krebs-syklusen). Under anaerobe forhold er det som skjer med pyruvat, at det omdannes til laktat for å holde glykolysen tøff oppstrøms.

Før du ser nøye på skjebnen til pyruvat under anaerobe forhold, er det verdt å se på hva som skjer til dette fascinerende molekylet under normale forhold du selv vanligvis opplever - akkurat nå, for eksempel.

Broreaksjonen, også kalt overgangsreaksjon, finner sted i mitokondriene av eukaryoter og involverer dekarboksylering av pyruvat for å danne acetat, et to-karbonmolekyl. Et molekyl av koenzym A tilsettes til acetatet for å danne acetylkoenzym A, eller acetyl CoA. Dette molekylet kommer deretter inn Krebs-syklusen.

På dette tidspunktet utskilles karbondioksid som et avfallsprodukt. Det kreves ingen energi og heller ikke høstes i form av ATP eller NADH.

Aerob respirasjon fullfører prosessen med cellulær respirasjon og inkluderer Krebs-syklusen og elektrontransportkjede, begge i mitokondriene.

Krebs-syklusen ser acetyl CoA blandet med et fire-karbonmolekyl kalt oksaloacetat, hvis produkt sekvensielt reduseres igjen til oksaloacetat; litt ATP og mange elektronbærere.

Elektrontransportkjeden bruker energien i elektronene i de nevnte bærerne for å produsere mye ATP, med oksygen nødvendig som den siste elektronakseptoren for å holde hele prosessen fra å sikkerhetskopiere langt oppstrøms, ved glykolyse.

Når aerob respirasjon ikke er et alternativ (som i prokaryoter) eller det aerobe systemet er utmattet fordi elektrontransportkjeden har vært mettet (som i høyintensiv eller anaerob trening i menneskelig muskel), kan glykolyse ikke lenger fortsette, fordi det ikke lenger er en kilde til NAD_ for å beholde den går.

Cellene dine har en løsning for dette. Pyruvat kan omdannes til melkesyre, eller laktat, for å generere nok NAD + til å holde glykolysen en stund.

C₃H₄O₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅O₃

Dette er opphavet til den beryktede "melkesyreforbrenningen" du føler under intens muskeløvelse, som å løfte vekter eller et komplett sett med sprints.