เกิดอะไรขึ้นกับ Pyruvate ภายใต้สภาวะไร้อากาศ?

ไกลโคไลซิส คือการเปลี่ยนโมเลกุลน้ำตาลหกคาร์บอน กลูโคส ถึงสองโมเลกุลของสารประกอบสามคาร์บอน ไพรูเวต และพลังงานเล็กน้อยในรูปของ เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) และ NADH (โมเลกุล "ตัวพาอิเล็กตรอน") เกิดขึ้นในทุกเซลล์ทั้งโปรคาริโอต (เช่น เซลล์ที่ขาดความสามารถในการเต้นแอโรบิก การหายใจ) และยูคาริโอต (เช่น อวัยวะที่มีออร์แกเนลล์และใช้การหายใจระดับเซลล์ใน ครบถ้วน)

ไพรูเวต ก่อตัวขึ้นในไกลโคไลซิสกระบวนการที่ไม่ต้องการออกซิเจนในยูคาริโอตไปยังไมโตคอนเดรียสำหรับ การหายใจแบบแอโรบิกขั้นตอนแรกคือการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นอะซิติลโคเอ (อะซิติลโคเอ็นไซม์ A)

แต่ถ้าไม่มีออกซิเจนหรือเซลล์ขาดวิธีการหายใจแบบใช้ออกซิเจน (เช่นเดียวกับของโปรคาริโอตส่วนใหญ่) ไพรูเวตจะกลายเป็นอย่างอื่น ใน การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน, โมเลกุลของไพรูเวตทั้งสองจะถูกแปลงเป็นอะไร?

Glycolysis คือการแปลงกลูโคสหนึ่งโมเลกุล C₆โฮ₁₂โอ₆, ถึงสองโมเลกุลของไพรูเวต, C₃โฮ₄โอ₃ด้วย ATP, ไฮโดรเจนไอออน และ NADH ที่สร้างขึ้นระหว่างทางด้วยความช่วยเหลือของสารตั้งต้น ATP และ NADH:

ค₆โฮ₁₂โอ₆ + 2 NAD + 2 ADP + 2 P_ผม → 2 C₃โฮ₄โอ₃ + 2 NADH + 2 ชั่วโมง⁺ + 2 ATP

ที่นี่ พี_ผม หมายถึง "ฟอสเฟตอนินทรีย์," หรือหมู่ฟอสเฟตอิสระที่ไม่ยึดติดกับโมเลกุลที่มีคาร์บอน ADP คือ อะดีโนซีนไดฟอสเฟตซึ่งแตกต่างจาก ADP โดยคุณอาจเดาได้ว่ามีกลุ่มฟอสเฟตอิสระเพียงกลุ่มเดียว

เช่นเดียวกับที่อยู่ภายใต้สภาวะไร้อากาศ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของไกลโคไลซิสภายใต้สภาวะแอโรบิกก็คือไพรูเวต เกิดอะไรขึ้นกับไพรูเวตภายใต้สภาวะแอโรบิก และภายใต้สภาวะแอโรบิกเท่านั้นคือ การหายใจแบบแอโรบิก (เกิดจากปฏิกิริยาสะพานก่อนวัฏจักรเครบส์) ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน สิ่งที่เกิดขึ้นกับไพรูเวตคือการเปลี่ยนไปใช้แลคเตทเพื่อช่วยให้ไกลโคไลซิสสูบฉีดไปตามต้นน้ำ

ก่อนจะมองดูชะตากรรมของไพรูเวตอย่างใกล้ชิดภายใต้สภาวะไร้อากาศ ควรพิจารณาดูว่าเกิดอะไรขึ้น สู่โมเลกุลอันน่าทึ่งนี้ภายใต้สภาวะปกติที่คุณมักจะประสบ – ในตอนนี้ สำหรับ ตัวอย่าง.

ปฏิกิริยาสะพานหรือที่เรียกว่า ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียของยูคาริโอตและเกี่ยวข้องกับการดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวตเพื่อสร้างอะซิเตต ซึ่งเป็นโมเลกุลสองคาร์บอน เติมโมเลกุลของโคเอ็นไซม์ A ลงในอะซิเตทเพื่อสร้างอะเซทิลโคเอ็นไซม์ A หรืออะเซทิลโคเอ โมเลกุลนี้จะเข้าสู่ วงจรเครบส์.

ณ จุดนี้คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกขับออกมาเป็นของเสีย ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานหรือไม่มีการเก็บเกี่ยวใด ๆ ในรูปแบบของ ATP หรือ NADH

การหายใจแบบแอโรบิกทำให้กระบวนการหายใจระดับเซลล์เสร็จสมบูรณ์ และรวมถึงวัฏจักรเครบส์และ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนทั้งในไมโตคอนเดรีย

วัฏจักร Krebs เห็นว่า acetyl CoA ผสมกับโมเลกุลคาร์บอนสี่ตัวที่เรียกว่าออกซาโลอะซีเตต ซึ่งเป็นผลคูณของการลดปริมาณออกซาโลอะซีเตตอีกครั้งตามลำดับ ATP เล็กน้อยและตัวพาอิเล็กตรอนจำนวนมากส่งผลให้

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนใช้พลังงานในอิเล็กตรอนในตัวพาดังกล่าวเพื่อผลิต ATP โดยต้องใช้ออกซิเจน เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายเพื่อป้องกันไม่ให้กระบวนการทั้งหมดสำรองที่ไกลโคไลซิส

เมื่อการหายใจแบบใช้ออกซิเจนไม่ได้เป็นทางเลือก (เช่นในโปรคาริโอต) หรือระบบแอโรบิกหมดลงเนื่องจากห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนอิ่มตัว (เช่นเดียวกับการออกกำลังกายในกล้ามเนื้อของมนุษย์ที่มีความเข้มข้นสูงหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจน) glycolysis ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้เนื่องจากไม่มีแหล่ง NAD_ ที่จะเก็บไว้อีกต่อไป ไป

เซลล์ของคุณมีวิธีแก้ไขปัญหานี้ ไพรูเวตสามารถเปลี่ยนเป็นกรดแลคติกหรือแลคเตต เพื่อสร้าง NAD+ ที่เพียงพอเพื่อให้ไกลโคไลซิสทำงานต่อไปชั่วขณะหนึ่ง

ค₃โฮ₄โอ₃ + NADH → NAD⁺ + C₃โฮ₅โอ₃

นี่คือจุดกำเนิดของ "การเผาผลาญกรดแลคติก" ที่ขึ้นชื่อที่คุณรู้สึกระหว่างการออกกำลังกายกล้ามเนื้ออย่างเข้มข้น เช่น การยกน้ำหนักหรือการวิ่งแบบหมดแรง