Vad händer med pyruvat under anaeroba förhållanden?

Glykolys är omvandlingen av sockermolekylen med sex kol glukos till två molekyler av trekolföreningen pyruvat och lite energi i form av ATP (adenosintrifosfat) och NADH (en "elektronbärarmolekyl"). Det förekommer i alla celler, båda prokaryota (dvs. de som i allmänhet saknar kapacitet för aerob andning) och eukaryota (dvs de som har organeller och använder sig av cellulär andning i dess helhet).

Pyruvat bildas i glykolys, en process som i sig själv inte kräver något syre, fortsätter i eukaryoter till mitokondrierna för aerob andning, varvid det första steget är omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA (acetylkoenzym A).

Men om inget syre finns eller om cellen saknar sätt att utföra aerob andning (som de flesta prokaryoter gör) blir pyruvat något annat. I anaerob andning, vad omvandlas de två pyruvatmolekylerna till?

Glykolys är omvandlingen av en molekyl glukos, C₆H₁₂O₆, till två molekyler av pyruvat, C₃H₄O₃, med vissa ATP, vätejoner och NADH genererade under vägen med hjälp av ATP och NADH föregångare:

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

Här P_i står för "oorganiskt fosfat, "eller en fri fosfatgrupp som inte är bunden till en kolbärande molekyl. ADP är adenosindifosfat, som skiljer sig från ADP genom, som du kanske har gissat, en enda fri fosfatgrupp.

Precis som det är under anaeroba förhållanden är slutprodukten av glykolys under aeroba förhållanden pyruvat. Vad som händer med pyruvat under aeroba förhållanden, och endast under aeroba förhållanden, är aerob andning (initierad av broreaktionen före Krebs-cykeln). Under anaeroba förhållanden är det som händer med pyruvat omvandlingen till laktat för att hålla glykolysen tuggande längs uppströms.

Innan du tittar närmare på ödet för pyruvat under anaeroba förhållanden är det värt att titta på vad som händer till denna fascinerande molekyl under de normala förhållanden som du själv vanligtvis upplever - just nu, för exempel.

Broreaktionen, även kallad övergångsreaktion, äger rum i mitokondrier av eukaryoter och involverar dekarboxylering av pyruvat för att bilda acetat, en tvåkolmolekyl. En molekyl av koenzym A sätts till acetatet för att bilda acetylkoenzym A eller acetyl CoA. Denna molekyl kommer sedan in Krebs-cykeln.

Vid denna tidpunkt utsöndras koldioxid som en avfallsprodukt. Ingen energi behövs och ingen skördas i form av ATP eller NADH.

Aerob andning avslutar processen för cellandning och inkluderar Krebs-cykeln och elektron transport kedja, båda i mitokondrierna.

Krebs-cykeln ser acetyl CoA blandas med en fyra-kolmolekyl som kallas oxaloacetat, vars produkt reduceras sekventiellt igen till oxaloacetat; lite ATP och massor av elektronbärare resulterar.

Elektrontransportkedjan använder energin i elektronerna i de ovannämnda bärarna för att producera en hel del ATP, med syre krävs som den slutliga elektronacceptorn för att förhindra att hela processen backar upp långt uppströms, vid glykolys.

När aerob andning inte är ett alternativ (som i prokaryoter) eller det aeroba systemet är uttömt eftersom elektrontransportkedjan har mättats (som vid högintensiv eller anaerob träning i mänskliga muskler) kan glykolys inte längre fortsätta, eftersom det inte längre finns en källa till NAD_ för att behålla den gående.

Dina celler har en lösning för detta. Pyruvat kan omvandlas till mjölksyra, eller laktat, för att generera tillräckligt med NAD + för att hålla glykolys igång ett tag.

C₃H₄O₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅O₃

Detta är uppkomsten av den ökända "mjölksyrabrännskada" du känner under intensiv muskelträning, som att lyfta vikter eller en hel uppsättning sprints.