Vad är mjölksyrajäsning?

I den utsträckning du är bekant med ordet "jäsning" kan du vara benägen att associera det med processen att skapa alkoholhaltiga drycker. Även om detta verkligen utnyttjar en typ av jäsning (formellt och icke-mystiskt kallad alkoholhaltig jäsning), en andra typ, mjölksyrajäsning, är faktiskt viktigare och förekommer nästan säkert i viss utsträckning i din egen kropp när du läser detta.

Fermentering avser vilken mekanism som helst genom vilken en cell kan använda glukos för att frigöra energi i form av adenosintrifosfat (ATP) i frånvaro av syre - det vill säga under anaeroba förhållanden. Under Allt förhållanden - till exempel med eller utan syre, och i både eukaryota (växt- och djur-) och prokaryota (bakteriella) celler - metabolismen av en glukosmolekyl, kallad glykolys, fortsätter genom ett antal steg för att producera två molekyler av pyruvat. Vad som sedan händer beror på vilken organism som är inblandad och om syre är närvarande.

I alla organismer är glukos (C

De två G-3-P-molekylerna går sedan in i det som ofta kallas det energiproducerande steget för glykolys. G-3-P (och kom ihåg att det finns två av dessa) ger upp en proton, eller väteatom, till en molekyl av NAD + (nikotinamid-adenin-dinukleotid, en viktig energi bärare i många cellulära reaktioner) för att producera NADH, medan NAD donerar ett fosfat till G-3-P för att omvandla det till bisfosfoglycerat (BPG), en förening med två fosfater. Var och en av dessa ges till ADP för att bilda två ATP när pyruvat slutligen genereras. Kom dock ihåg att allt som händer efter uppdelningen av sex-kolsockret i två tre-kol sockerarter dupliceras, så detta innebär att nettoresultatet av glykolys är fyra ATP, två NADH och två pyruvat molekyler.

Det är viktigt att notera att glykolys anses vara anaerob eftersom syre behövs inte för att processen ska inträffa. Det är lätt att förväxla detta med "bara om inget syre finns." På samma sätt kan du köra nerför en kulle i en bil även med en full tank med gas, och därmed delta i "gasfri körning", utvecklas glykolys på samma sätt om syre finns i generösa mängder, mindre mängder eller inte vid Allt.

När glykolys har nått pyruvatsteget beror ödet på pyruvatmolekylerna på den specifika miljön. Om det finns tillräckligt med syre i eukaryoter förflyttas nästan allt pyruvat till aerob andning. Det första steget i denna tvåstegsprocess är Krebs-cykeln, även kallad citronsyracykel eller trikarboxylsyra-cykel; det andra steget är elektrontransportkedjan. Dessa äger rum i mitokondrier av celler, organeller som ofta liknas med små kraftverk. Vissa prokaryoter kan delta i aerob metabolism trots att de inte har några mitokondrier eller andra organeller (de "fakultativa aeroberna"), men mest del de kan tillgodose sina energibehov genom anaeroba metaboliska vägar ensam, och många bakterier förgiftas faktiskt av syre (den "obligatoriska anaerober ").

När tillräckligt med syre är inte närvarande, i prokaryoter och de flesta eukaryoter, kommer pyruvat in i mjölksyrafermenteringsvägen. Undantaget från detta är den encelliga eukaryotjästen, en svamp som metaboliserar pyruvat till etanol (alkoholen med två kol som finns i alkoholhaltiga drycker). Vid alkoholjäsning avlägsnas en koldioxidmolekyl från pyruvat för att skapa acetaldehyd och en väteatom fästs sedan till acetaldehyd för att generera etanol.

Glykolys kan i teorin fortsätta på obestämd tid för att leverera energi till moderorganismen, eftersom varje glukos resulterar i en nettoenergivinst. När allt kommer omkring kan glukos matas mer eller mindre kontinuerligt in i systemet om organismen helt enkelt äter tillräckligt och ATP är i huvudsak en förnybar resurs. Den begränsande faktorn här är tillgången på NAD⁺och det är här mjölksyrajäsning kommer in.

Ett enzym som kallas laktatdehydrogenas (LDH) omvandlar pyruvat till laktat genom att tillsätta en proton (H⁺) till pyruvat, och i processen omvandlas en del av NADH från glykolys tillbaka till NAD⁺. Detta ger en NAD⁺ molekyl som kan returneras "uppströms" för att delta i och därmed hjälpa till att upprätthålla glykolys. I verkligheten är detta inte helt återställande när det gäller en organisms metaboliska behov. Med hjälp av människor som ett exempel kunde inte ens en person som satt i vila komma nära sina metaboliska behov via glykolys ensam. Detta är troligen tydligt i det faktum att när människor slutar andas kan de inte upprätthålla livet så länge på grund av syrebrist. Som ett resultat är glykolys i kombination med jäsning egentligen bara ett stoppgapet, ett sätt att dra nytta av motsvarigheten till en liten, extra bränsletank när motorn behöver extra bränsle. Detta koncept utgör hela grunden för vardagliga uttryck i träningsvärlden: "Känn brännskadorna", "slå väggen" och andra.

Om mjölksyra - ett ämne du nästan säkert har hört talas om, igen i samband med träning - låter som något som kan finnas i mjölk (du kanske har sett produktnamn som Lactaid i den lokala mejerikylaren), det är ingen tillfällighet. Laktat isolerades först i gammal mjölk redan 1780. (Laktat är namnet på den form av mjölksyra som har donerat en proton, som alla syror per definition gör. Denna "-ate" och "-ic acid" namngivningskonvention för syror sträcker sig över hela kemin.) När du springer eller lyfter vikter eller deltar i högintensiva typer av träning - allt som får dig att andas obehagligt hårt, faktiskt - aerob metabolism, som är beroende av syre, räcker inte längre för att hålla jämna steg med kraven från ditt arbete muskler.

Under dessa förhållanden, går kroppen in i "syre skuld", vilket är något av en felaktig benämning sedan verkligt problem är en mobilapparat som producerar "endast" 36 eller 38 ATP per molekyl glukos levereras. Om träningens intensitet upprätthålls försöker kroppen hålla takten genom att sparka LDH i hög växel och generera så mycket NAD⁺ som möjligt via omvandling av pyruvat till laktat. Vid den här tiden är den aeroba komponenten i systemet tydligt maxad och den anaeroba komponenten kämpar på samma sätt som någon frenetiskt räddar en båt märker att vattennivån fortsätter att krypa upp trots hans ansträngningar.

Laktatet som produceras vid jäsning har snart ett proton fäst vid det som genererar mjölksyra. Denna syra fortsätter att byggas upp i musklerna när arbetet upprätthålls, tills slutligen alla vägar till att generera ATP helt enkelt inte kan hålla jämna steg. I detta skede måste muskulärt arbete sakta ner eller upphöra helt. En löpare som deltar i en milslopp men startar något för fort för sin kondition kan befinna sig i tre varv i tävlingen med fyra varv redan i förlamande syrgasskuld. För att helt enkelt bli klar måste hon drastiskt sakta ner och hennes muskler är så beskattade att hennes löpform, eller stil, sannolikt kommer att drabbas synligt. Om du någonsin har sett en löpare i ett långt sprintlopp, till exempel 400 meter (som tar idrottare i världsklass cirka 45 till 50 sekunder att avsluta) långsamt allvarligt i den sista delen av loppet, har du förmodligen märkt att han eller hon nästan verkar vara simning. Lösligt kan detta tillskrivas muskelsvikt: Frånvarande bränslekällor av något slag, fibrerna i atletens muskler kan helt enkelt inte dra ihop sig helt eller med precision, och följden är en löpare som plötsligt ser ut som om han bär ett osynligt piano eller annat stort föremål på sig tillbaka.

Forskare har länge vetat att mjölksyra byggs upp snabbt i muskler som är på väg att misslyckas. På samma sätt är det välkänt att den typ av fysisk träning som leder till denna typ av snabbt muskelsvikt ger en unik och karakteristisk brännande känsla i de drabbade musklerna. (Det är inte svårt att framkalla detta; släpp ner på golvet och försök att göra 50 oavbrutna push-ups, och det är praktiskt taget säkert att musklerna i bröstet och axlarna snart kommer att uppleva "brännskadorna.") Det var därför tillräckligt naturligt att anta, frånvarande motsatta bevis, att mjölksyra i sig var orsaken till brännskador och att mjölksyra i sig var något av ett toxin - ett nödvändigt ont på vägen för att göra välbehövlig NAD⁺. Denna tro har förökats grundligt i hela träningsgemenskapen; gå till ett banmöte eller 5K väglopp, och du kommer sannolikt att höra löpare klaga över att vara öm från föregående dags träning tack vare för mycket mjölksyra i benen.

Nyare forskning har ifrågasatt detta paradigm. Laktat (här, denna term och "mjölksyra" används omväxlande för enkelhets skull) har visat sig vara allt annat än en slösaktig molekyl som är inte orsaken till muskelsvikt eller sveda. Den tjänar tydligen både som en signalmolekyl mellan celler och vävnader och som en väl förklädd källa till bränsle i sig.

Den traditionella motivationen för hur laktat påstås orsaka muskelsvikt är lågt pH (hög surhet) i de fungerande musklerna. Kroppens normala pH svävar nära neutralt mellan surt och basiskt, men mjölksyra tappar dess protoner för att bli laktat översvämmar muskler med vätejoner, vilket gör dem oförmögna att fungera per se. Denna idé har dock utmanats starkt sedan 1980-talet. Enligt de vetenskapsmän som utvecklar en annan teori, väldigt lite av H⁺ som byggs upp i arbetande muskler kommer faktiskt från mjölksyra. Denna idé har huvudsakligen härrör från en noggrann studie av glykolysreaktionerna "uppströms" från pyruvat, vilket påverkar både pyruvat- och laktatnivåer. Dessutom transporteras mer mjölksyra ut från muskelceller under träning än man tidigare trodde, vilket begränsar dess förmåga att dumpa H⁺ in i musklerna. En del av detta laktat kan tas upp i levern och användas för att framställa glukos genom att följa stegen i glykolys i omvänd riktning. Sammanfattningsvis hur mycket förvirring som fortfarande finns från och med 2018 kring denna fråga har vissa forskare till och med föreslog att använda laktat som ett bränsletillskott för träning, och därmed vända långvariga idéer helt upp och ner.