İçerik
- Fermantasyon Tablosunun Ayarlanması: Glikoliz
- Laktik Asit Fermantasyonu Nerede ve Ne Zaman Oluşur?
- Laktik Asit Fermantasyonu
- Laktat ve Egzersiz
- Laktik Asit ve "Yanık": Bir Efsane?
"Fermantasyon" kelimesini bildiğiniz ölçüde, onu alkollü içecekler oluşturma süreci ile ilişkilendirmeye meyilli olabilirsiniz. Bu aslında bir tür fermantasyondan (resmi ve gizemli olmayan bir biçimde) faydalanırken alkolik fermantasyon), ikinci tip laktik asit fermantasyonu, aslında daha hayati ve neredeyse bunu kesinlikle okuduğunuzda vücudunuzda bir dereceye kadar meydana geliyor.
Fermantasyon, bir hücrenin, oksijenin yokluğunda adenozin trifosfat (ATP) formundaki enerjiyi serbest bırakmak için - yani anaerobik koşullar altında - kullanabileceği herhangi bir mekanizma anlamına gelir. Altında herşey koşullar - örneğin, oksijenli ya da oksijensiz, ve hem ökaryotik (bitki ve hayvan) hem de prokaryotik (bakteriyel) hücrelerde - glikoliz olarak adlandırılan bir glikoz molekülünün metabolizması, iki piruvat molekülü üretmek için birkaç basamaktan geçer. Daha sonra ne olacağı, organizmanın dahil olduğu ve oksijenin bulunup bulunmadığına bağlıdır.
Fermantasyon Tablosunun Ayarlanması: Glikoliz
Tüm organizmalarda, glikoz (C6'H12Ö6) bir enerji kaynağı olarak kullanılır ve piruvat'a dokuz farklı kimyasal reaksiyon dizisi halinde dönüştürülür. Glikozun kendisi karbonhidratlar, proteinler ve yağlar dahil olmak üzere her türlü gıda maddesinin parçalanmasından gelir. Bu reaksiyonların tümü, özel hücresel makinelerden bağımsız olarak hücre sitoplazmasında gerçekleşir. İşlem bir enerji yatırımıyla başlar: Her biri bir ATP molekülünden alınan iki fosfat grubu, iki adenosin difosfat (ADP) molekülünü geride bırakarak glukoz molekülüne bağlanır. Sonuç, meyve şekeri fruktoza benzeyen, ancak iki fosfat grubunun bağlı olduğu bir moleküldür. Bu bileşik, aynı kimyasal formüle sahip, ancak bileşen atomlarının farklı düzenlemelerine sahip olan bir çift üç-karbon molekülüne, dihidroksiaseton fosfat (DHAP) ve gliseraldehit-3-fosfat (G-3-P) 'ye ayrılır; DHAP daha sonra yine de G-3-P'ye dönüştürülür.
İki G-3-P molekülü daha sonra glikolizin enerji üreten aşaması olarak adlandırılan şeye girer. G-3-P (ve bunlardan ikisinin olduğunu hatırlayın), NADH üretmek için NADH üretmek üzere bir NAD + (nikotinamid adenin dinükleotidi, birçok hücresel reaksiyonda önemli bir enerji taşıyıcısı) molekülüne bir proton veya hidrojen atomu verir. iki fosfat içeren bir bileşik olan bifosfogliserat (BPG) 'ye dönüştürmek için G-3-P'ye bir fosfat verir. Bunların her biri, piruvat nihayet üretilirken iki ATP oluşturmak üzere ADP'ye verilir. Bununla birlikte, altı karbonlu şekerin iki üç-karbon şekere bölünmesinden sonra gerçekleşen her şeyin kopyalandığını hatırlayın, bu, glikolizin net sonucunun dört ATP, iki NADH ve iki piruvat molekülü olduğu anlamına gelir.
Glikolizin anaerobik olarak kabul edildiğini unutmayın, çünkü oksijen gerekli değildir sürecin gerçekleşmesi için. Bunu, "sadece oksijen yoksa" ile karıştırmak kolaydır. Aynı şekilde, dolu bir gaz deposuyla bile bir otomobilin tepesinden aşağıya doğru kayabilir ve böylece "gazsız sürüş" e girebilir, glikoliz, oksijenin cömert miktarlarda, daha az miktarlarda bulunup bulunmadığı aynı şekilde ortaya çıkar.
Laktik Asit Fermantasyonu Nerede ve Ne Zaman Oluşur?
Glikoliz piruvat aşamasına ulaştığında, piruvat moleküllerinin kaderi spesifik ortama bağlıdır. Ökaryotlarda, yeterli oksijen varsa, piruvatın hemen hemen tamamı aerobik solunum içine yerleştirilir. Bu iki aşamalı işlemin ilk adımı, sitrik asit döngüsü veya trikarboksilik asit döngüsü olarak da adlandırılan Krebs döngüsüdür; ikinci adım, elektron taşıma zinciridir. Bunlar hücrelerin mitokondrilerinde, genellikle küçük enerji santrallerine benzeyen organellerde meydana gelir. Bazı prokaryotlar, herhangi bir mitokondri veya diğer organellere ("fakültatif aeroblar") olmamasına rağmen aerobik metabolizmaya girebilir, ancak çoğu zaman enerji ihtiyaçlarını sadece anaerobik metabolik yollardan karşılayabilirler ve çoğu bakteri aslında oksijen tarafından zehirlenir ( "Anaerobların zorunlu kılınması").
Yeterli oksijen olduğunda değil prokaryotlarda ve çoğu ökaryotlarda, piruvat laktik asit fermantasyon yoluna girer. Bunun istisnası piruvatı etanole (alkollü içeceklerde bulunan iki karbonlu alkol) metabolize eden bir mantar olan tek hücreli ökaryot mayasıdır. Alkolik fermantasyonda, bir karbondioksit molekülü piruvattan asetaldehit oluşturmak üzere çıkarılır ve daha sonra etanol oluşturmak için asetaldehite bir hidrojen atomu bağlanır.
Laktik Asit Fermantasyonu
Glikoliz teoride ana organizmaya enerji sağlamak için süresiz olarak ilerleyebilir, çünkü her glikoz net bir enerji kazancı ile sonuçlanır. Ne de olsa, organizma yeterince yerse ve ATP esasen yenilenebilir bir kaynaksa, glikoz şemaya sürekli olarak beslenebilir. Buradaki sınırlayıcı faktör, NAD'ın mevcudiyetidir.+ve işte laktik asit fermantasyonunun geldiği yer burasıdır.
Laktat dehidrojenaz (LDH) adı verilen bir enzim, bir proton (H) ekleyerek piruvatı laktata dönüştürür.+) piruvat için ve bu işlemde, glikolizden NADH’nın bir kısmı NAD’e geri dönüştürülür.+. Bu bir NAD sağlar+ Katılmak ve böylece glikolizin korunmasına yardımcı olmak için "yukarı akış" olarak geri döndürülebilen molekül. Gerçekte, bu tamamen metabolik ihtiyaçlar bir organizma açısından restoratif değildir. İnsanları örnek olarak kullanmak, istirahatte oturan bir kişi bile metabolik ihtiyaçlarını yalnızca glikolizle karşılamak için yaklaşamadı. Bu muhtemelen insanlar nefes almayı bıraktıklarında, oksijen eksikliği nedeniyle yaşamlarını çok uzun süre tutamayacakları gerçeğinde belirgindir. Sonuç olarak, fermentasyonla birleştirilmiş glikoliz, gerçekten fazla durma ölçüsüdür, motor ekstra yakıt gerektirdiğinde küçük, yardımcı bir yakıt deposunun eşdeğerini çekmenin bir yoludur. Bu kavram, egzersiz dünyasında konuşma ifadelerinin bütün temelini oluşturur: "yanık hissedin", "duvara çarpın" ve diğerleri.
Laktat ve Egzersiz
Laktik asit - neredeyse kesinlikle duyduğunuz bir madde, yine egzersizin eşliğinde - sütte bulunabilecek bir şeye benziyorsa (yerel süt soğutucusunda Lactaid gibi ürün isimleri görmüş olabilirsiniz), bu bir tesadüf değildir. Laktat ilk kez 1780'de eski süt yolunda izole edildi. (Laktat tanım olarak bütün asitlerin yaptığı gibi, bir proton bağışlayan laktik asit formunun adıdır. Asitler için bu "-ate" ve "-ic asit" adlandırma kuralı tüm kimyayı kapsar.) Ağırlıkları kaldırırken veya kaldırırken veya yüksek yoğunlukta egzersiz türlerine katılırken - sizi rahatsız edici derecede zor nefes alan, aslında - aerobik metabolizma Oksijene dayanan, artık çalışan kaslarınızın taleplerine ayak uydurmak için artık yeterli değil.
Bu koşullar altında, vücut "oksijen borcuna" girer, bu asıl mesele, verilen glikoz molekülü başına "sadece" 36 veya 38 ATP üreten hücresel bir cihazdır. Egzersizin yoğunluğu sürdürülürse, vücut LDH'yi yüksek vitese sokarak ve NAD kadar üreterek ayak uydurmaya çalışır+ piruvatın laktata çevrilmesi yoluyla mümkün. Bu noktada sistemin aerobik bileşeni açıkça maksimuma çıkarılır ve anaerobik bileşen, aynı şekilde, bir teknenin çılgınca kurtardığı bir kişi, su seviyesinin çabalarına rağmen sürünmeye devam ettiğini fark eder.
Fermantasyonda üretilen laktat, yakında laktik asit üreten bir protona sahiptir. Bu asit, çalışma sürdürülürken kaslarda birikmeye devam eder, sonuçta ATP üretmeye giden tüm yollar hız kesemez. Bu aşamada, kas çalışması yavaşlatmalı veya tamamen kesilmelidir. Bir mil yarışında olan ancak fitness seviyesi için biraz hızlı başlayan bir koşucu, kendini sakatlayan oksijen borcundaki dört turluk yarışmaya üç tur attırabilir. Basitçe bitirmek için şiddetli bir şekilde yavaşlaması gerekir ve kasları o kadar vergilendirilir ki koşu şekli ya da stili görünüşte acı çekecek gibi. Uzun bir yarışta bir koşucuyu daha önce izlediyseniz, 400 metre (birinci sınıf sporcuların tamamlanması yaklaşık 45 ila 50 saniye sürer) yarışın son bölümünde ciddi bir şekilde yavaşladıysa, muhtemelen neredeyse yüzüyor gibi görünüyor. Bu, gevşek bir şekilde konuşursak, kas yetmezliğine atfedilebilir: Her türlü yakıt kaynağının bulunmaması, sporcu kaslarındaki lifler tamamen veya kesin bir şekilde büzülmez ve sonuçta aniden görünmez bir piyano veya sanki görünmeyen bir piyano taşıyormuş gibi görünen bir koşucudur. sırtındaki diğer büyük nesne.
Laktik Asit ve "Yanık": Bir Efsane?
Bilim adamları uzun süredir laktik asidin, başarısızlığın eşiğindeki kaslarda hızla çoğaldığını biliyorlar. Benzer şekilde, bu tür hızlı kas yetmezliğine yol açan fiziksel egzersiz türünün, etkilenen kaslarda benzersiz ve karakteristik bir yanma hissi ürettiği kanıtlanmıştır. (Bunu tetiklemek zor değildir; yere düşüp 50 kesintisiz şınav çekmeye çalışın ve göğsünüzdeki ve omuzlarınızdaki kasların yakında “yanık” yaşayacağı kesindir.) Bu nedenle yeterince doğaldı. Bunun aksine, kanıtların bulunmadığını, laktik asidin kendisinin yanığın nedeni olduğunu ve laktik asidin kendisinin bir toksin olduğunu - çok ihtiyaç duyulan NAD'yi yapmak için gerekli bir kötülük olduğunu varsaymak+. Bu inanç, egzersiz topluluğu boyunca iyice yayıldı; Bir koşu parkuruna ya da 5K yol yarışına gidin ve koşucuların bacaklarındaki çok fazla laktik asit sayesinde önceki günkü çalışmalarınızdan ağrılığını şikayet etmeleri muhtemeldir.
Daha yeni araştırmalar bu paradigmayı sorguya çekmiştir. Laktat (burada, bu terim ve "laktik asit", basitlik uğruna birbirinin yerine kullanılır), israf edilmiş bir molekülden başka bir şey olarak bulundu. değil kas yetmezliği veya yanma nedeni. Görünüşe göre hem hücreler ve dokular arasında bir sinyal molekülü hem de kendi başına iyi gizlenmiş bir yakıt kaynağı olarak hizmet ediyor.
Laktatın kas yetmezliğine neden olduğu iddiasıyla sunulan geleneksel gerekçe, çalışan kaslarda düşük pH (yüksek asitlik) oranıdır. Vücudun normal pH'ı, asidik ve bazik arasında nötr olana yaklaşır, ancak laktik asit, protonlarını laktat seli haline getirmek için dökerek, hidrojen iyonlarıyla kasları çalıştırarak kendi başlarına işlev göremez hale getirir. Ancak bu fikir, 1980'lerden bu yana şiddetle karşı karşıya kaldı. Bilim adamlarının farklı bir teoriyi geliştirdiğine göre, çok az H+ çalışan kaslarda oluşan bu aslında laktik asitten gelir. Bu fikir esas olarak piruvattan "yukarı akıntıya" olan ve hem piruvat hem de laktat seviyelerini etkileyen glikoliz reaksiyonlarının yakın bir çalışmasından kaynaklanmıştır. Ayrıca, egzersiz sırasında daha önce tahmin edilenden daha fazla laktik asit kas hücrelerinden taşınır, bu nedenle H'den ayrılma özelliğini sınırlar+ kasların içine. Bu laktatın bir kısmı karaciğer tarafından alınabilir ve ters glikoliz adımlarını takip ederek glikoz yapmak için kullanılabilir. Bu konuda 2018'den bu yana ne kadar kafa karışıklığının olduğunu özetleyen bazı bilim adamları, laktatın egzersiz için bir yakıt takviyesi olarak kullanılmasını bile önerdiler, böylece uzun süredir alınan fikirleri tamamen alt üst ediyorlar.