Ζύμωση γαλακτικού οξέος MCAT

Ζύμωση γαλακτικού οξέος και το φαινόμενο Warburg

Μια χημική ουσία που συνήθως σχετίζεται με την κόπωση και τον πόνο των μυών, το γαλακτικό οξύ είναι αναπόσπαστο μέρος της διαδικασίας παραγωγής ενέργειας. Συσσωρεύεται στα μυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, επειδή το καρδιαγγειακό και αναπνευστικό μας σύστημα δεν μπορεί να προσφέρει αρκετό οξυγόνο στους μύες μας. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος επιτρέπει στους μύες μας να παράγουν ATP συνεχώς. Το φαινόμενο Warburg είναι μια θεμελιώδης ιδέα πίσω από τη ζύμωση γαλακτικού οξέος. Εάν ενδιαφέρεστε να μάθετε περισσότερα για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος, συνεχίστε να διαβάζετε!

Γλυκονεογένεση

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με γαλακτικό οξύ, τα βακτήρια εκκρίνουν μια σειρά από ένζυμα που καταλύουν τη γλυκονεογένεση. Αυτά τα ένζυμα περιλαμβάνουν πυροσταφυλική καρβοξυλάση, φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυκινάση (PEPCK), 1,6-δισφωσφατάση φρουκτόζης, γλυκόζη-6-φωσφατάση. Η γλυκονεογένεση είναι μια κύρια διαδικασία στους γαλακτοβάκιλλους που προκαλείται από οξέωση και PTH, οι οποίοι είναι μεταβολίτες που σχετίζονται με τις ορμόνες.

Αρκετές μελέτες έχουν διερευνήσει το ρόλο των βακτηρίων γαλακτικού οξέος στην παραγωγή σουλφοραφάνης και άλλων φυτοθρεπτικών συστατικών. Διαπίστωσαν ότι τόσο ο Lactobacillus acidophilus όσο και ο Lacticaseibacillus rhamnosus ενίσχυσαν την αντιοξειδωτική δράση των πρωτεϊνικών εκχυλισμάτων από αλλαντικά. Ομοίως, ο Lactobacillus acidophilus και ο Lactiplantibacillus Plantarum μείωσαν την περιεκτικότητα σε καρβονύλιο και την υδροφοβικότητα της επιφάνειας των λουκάνικων που είχαν υποστεί ζύμωση.

Κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος, παράγεται πυροσταφυλικό. Το προκύπτον προϊόν της γλυκόλυσης είναι το πυροσταφυλικό, το οποίο δέχεται ένα ηλεκτρόνιο από το NADH και το ανάγει σε γαλακτικό. Αυτή η διαδικασία επαναφέρει το NAD+ στα κύτταρα για περαιτέρω αντιδράσεις κύκλου. Η γλυκονεογένεση κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος είναι η κύρια αιτία παραγωγής αιθανόλης σε ζυμομύκητες και αρκετούς μικροοργανισμούς που παράγουν γαλακτικό οξύ.

Το ήπαρ καταναλώνει αμινοξέα και ακετυλο-CoA κατά τη ζύμωση της λακτόζης, τα οποία χρησιμοποιούνται ως σκελετοί άνθρακα για τη γλυκονεογένεση. Αυτά τα αμινοξέα προέρχονται από τον καταβολισμό της μυϊκής πρωτεΐνης και η απαμίνωση των αμινοξέων οδηγεί σε αρνητικό ισοζύγιο αζώτου. Το Acetyl-CoA ενεργοποιεί επίσης την πυροσταφυλική καρβοξυλάση, η οποία αυξάνει τη μετατόπιση του πυροσταφυλικού προς το οξαλοξικό και αναστέλλει τη φωσφοφρουκτοκινάση1.

Τα ένζυμα που παράγονται από τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό τους. Η NH3 βοηθά τα βακτήρια να προσαρμοστούν σε ένα όξινο περιβάλλον αυξάνοντας το pH μέσα και έξω από το κύτταρο και προστατεύοντας το κύτταρο από ένα όξινο περιβάλλον. Τα στελέχη Lentilactobacillus hilgardii αποκαρβοξυλώνουν την ιστιδίνη για να παράγουν πυροσταφυλικό, το πιο σημαντικό θρεπτικό συστατικό για τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος.

Η γλυκονεογένεση είναι η σύνθεση νέας γλυκόζης από υποστρώματα άνθρακα χωρίς υδατάνθρακες. Ρυθμίζει το μεταβολισμό της γλυκόζης και την οξεοβασική ισορροπία στα κύτταρα του ήπατος και των νεφρών. Η γλυκονεογένεση είναι μια συνεχής διαδικασία στα σαρκοφάγα και είναι απαραίτητη για τη ζύμωση. Τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη γλυκονεογένεση είναι η PEP καρβοξυκινάση, η πυροσταφυλική-αμυλάση και το ακετυλο-CoA.

Γλυκόλυση

Τα βακτήρια και οι ζύμες καταναλώνουν σάκχαρα και άμυλα για να σχηματίσουν γαλακτικά οξέα κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος. Η διαδικασία ολοκληρώνεται χωρίς θερμότητα ή οξυγόνο. Το αποτέλεσμα είναι γαλακτικό οξύ και αιθανόλη. Η διαδικασία είναι επίσης ευεργετική στο ότι επαναφέρει τον κυψελωτό μηχανισμό. Εδώ είναι μερικά βασικά βήματα που εμπλέκονται στη ζύμωση γαλακτικού οξέος. Για να κατανοήσουμε αυτά τα βήματα, ας δούμε πρώτα τη γλυκόλυση. Η γλυκόλυση είναι ένα ζωτικό βήμα κατά την αναερόβια αναπνοή.

Κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης είναι απαραίτητη η παραγωγή γαλακτικού οξέος. Αυτό συμβαίνει επειδή το σώμα δεν μπορεί να παράγει αρκετό οξυγόνο μέσω της αερόβιας αναπνοής. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος επιτρέπει στους μύες να συνεχίσουν να παράγουν ATP ακόμη και χωρίς οξυγόνο. Μετατρέποντας τη λακτόζη σε γλυκόζη, τα βακτήρια μπορούν να αυξήσουν το μεταβολισμό τους, παράγοντας ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία είναι ένας φυσικός τρόπος παραγωγής ενέργειας και είναι ο καλύτερος τρόπος για το σώμα σας να λάβει τη διατροφή που χρειάζεται.

Το μόριο της γλυκόζης έξι άνθρακα διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού άλατος 3 άνθρακα κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης. Αυτά τα μόρια σακχάρου μετατρέπονται σε δύο τριφωσφορικές αδενοσίνες (ATP). Το πυροσταφυλικό που παράγεται μεταβολίζεται σε γαλακτικό και αλκοόλ. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας παράγεται επίσης διοξείδιο του άνθρακα. Το ATP που παράγεται χρησιμοποιείται ως ενέργεια στο κύτταρο. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή περισσότερου ATP.

Το πρώτο στάδιο της γλυκόλυσης συμβαίνει στο επίπεδο της 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης. Σε ορισμένες αντιδράσεις που παράγουν ΑΤΡ, η 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό. Ωστόσο, απαιτείται NAD+ για να συνεχιστεί η γλυκόλυση. Κατά το επόμενο βήμα, η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη μετατρέπεται σε 1,3-διφωσφογλυκερική.

Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, η μαγιά παράγει δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Στο περιβάλλον αναερόβιας ζύμωσης, αυτή η διαδικασία παράγει δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης που παράγεται. Το αλκοόλ είναι προϊόν ζύμωσης. Η διαδικασία παράγει επίσης διοξείδιο του άνθρακα κατά τη διαδικασία ψησίματος, το οποίο χρειάζεται η ζύμη για να φουσκώσει. Στη συνέχεια, η μαγιά ανακυκλώνει τα μόρια NADH για να παράγει αιθανόλη. Η γλυκόλυση είναι ένα ουσιαστικό βήμα στην παραγωγή αλκοόλ.

Ζύμωση

γαλακτικού οξέος Η ζύμωση με γαλακτικό οξύ είναι μια διαδικασία που βοηθά στην παραγωγή τροφίμων που δεν μπορούν να παραχθούν με άλλα μέσα. Το γένος Lactobacillus το εκτελεί συνήθως, αλλά εμπλέκονται και άλλα βακτήρια και ζυμομύκητες. Παραδείγματα προϊόντων διατροφής που συνήθως ζυμώνονται περιλαμβάνουν το γιαούρτι και το ξινολάχανο. Όμως η διαδικασία δεν πρέπει να σταματήσει εκεί. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τη ζύμωση γαλακτικού οξέος για την παραγωγή άλλων τροφίμων, συμπεριλαμβανομένου του κρασιού και της μπύρας.

Η ζύμωση γαλακτικού οξέος συμβαίνει στα μυϊκά κύτταρα όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο. Το κύτταρο των σκελετικών μυών διασπά το πυροσταφυλικό ανακυκλώνοντας το NAD+, το οποίο πηγαίνει σε γλυκόλυση. Αυτή η διαδικασία συμψηφίζει το σκελετικό μυϊκό κύτταρο δύο ATP για κάθε μόριο γλυκόζης που παράγει. Το γαλακτικό στη συνέχεια ταξιδεύει στο ήπαρ, όπου οι υπόλοιπες αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής το επεξεργάζονται. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα κράμπες και κάψιμο στο εσωτερικό των μυϊκών κυττάρων.

Η ζύμωση με γαλακτικό οξύ βοηθά το κύτταρο να παράγει ATP ακόμη και χωρίς οξυγόνο. Όταν η γλυκόζη δεν μπορεί να μεταβολιστεί πλήρως με αερόβια αναπνοή, ανάγεται σε πυροσταφυλικό και γαλακτικό οξύ. Ως αποτέλεσμα, η γλυκόλυση γίνεται η κύρια πηγή ATP. Επιπλέον, η ζύμωση γαλακτικού οξέος αναπληρώνει επίσης το κυτταρικό ΝΑ που απαιτείται από την αντίδραση αφυδρογονάσης γλυκεραλδεΰδης-φωσφορικής. Εάν τα επίπεδα ΝΑ ήταν χαμηλά, η αντίδραση δεν θα γινόταν.

Η μαγιά και τα βακτήρια χρησιμοποιούν την αναερόβια διαδικασία για να διασπάσουν τη γλυκόζη. Η ζύμη μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό, ενώ τα ανθρώπινα κύτταρα μετατρέπουν το πυροσταφυλικό σε αλκοόλη και ακετυλ ομάδες. Και οι δύο διαδικασίες ζύμωσης γαλακτικού οξέος παράγουν μια ποικιλία προϊόντων. Μεταξύ αυτών είναι το γαλακτικό οξύ. Ποια είναι όμως τα προϊόντα της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος; Αυτή η διαδικασία παράγει αρκετές σημαντικές ενώσεις.

Φαινόμενο Warburg

Το φαινόμενο Warburg είναι παρόμοιο με αυτό που παρατηρείται στα καρκινικά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της αερόβιας γλυκόλυσης, ο άνθρακας αποβάλλεται κυρίως ως γαλακτικό, αφήνοντας ελάχιστο χώρο για βιομάζα. Παρά το γεγονός αυτό, η διαδικασία ζύμωσης γαλακτικού οξέος είναι απαραίτητη για την παραγωγή NADPH και ATP, δύο θρεπτικών συστατικών που είναι απαραίτητα για τη βιοσύνθεση. Αυτή η διαδικασία αναγεννά επίσης το NAD+, ένα θρεπτικό συστατικό που χρειάζονται τα κύτταρα για να συνεχίσουν την ανάπτυξη.

Σε ορισμένους καρκίνους, απαιτείται επαγωγή γλυκόλυσης για να διατηρηθεί ο μετασχηματισμός που προκαλείται από το ογκογονίδιο. Η αερόβια γλυκόλυση μπορεί να είναι απαραίτητη για την παροχή στο ογκογονίδιο συμπαράγοντες και ένζυμα που απαιτούνται για την ανάπτυξη και την επιβίωση. Για παράδειγμα, το 2DG αναστέλλει τη μεταγραφή του ιού των ανθρωπίνων θηλωμάτων. Θα μπορούσε επίσης να παίξει ρόλο στην αναπαραγωγή του KSHV κατά τη διάρκεια της καθυστέρησης.

Αν και το φαινόμενο Warburg μπορεί να βοηθήσει στην προώθηση της βιοσύνθεσης στα καρκινικά κύτταρα, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να κατανοηθεί πώς λειτουργεί. Ωστόσο, η μεταβολική οδός που προκαλείται από τη ζύμωση γαλακτικού οξέος μπορεί να υποστηρίξει διάφορα βιοσυνθετικά προγράμματα. Αυτά τα μεταβολικά μονοπάτια περιλαμβάνουν τα μιτοχόνδρια, τα οποία είναι κρίσιμα συστατικά στο βιοσυνθετικό πρόγραμμα. Ενώ το φαινόμενο Warburg μπορεί να μην προάγει άμεσα τη βιοσύνθεση, πιστεύεται ότι υποστηρίζει άλλες πτυχές της ζωής.

Ενώ η στέρηση γλυκόζης οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο εντός τριών ημερών, η γαλακτική οξέωση επιτρέπει στα καρκινικά κύτταρα να επιβιώσουν για 70 ημέρες. Αυτό υποδηλώνει ότι η διαδικασία παρέχει έναν μεταβολικά αποτελεσματικό τρόπο χρήσης της γλυκόζης και αντίσταση στο θάνατο που προκαλείται από τη στέρηση γλυκόζης. Η μελέτη παρέχει επίσης ποσοτικές αποδείξεις για την ιδέα ότι τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να αλλάξουν φαινότυπους. Είναι συναρπαστικό να δούμε αν αυτό το φαινόμενο μπορεί να αναπαραχθεί σε άλλους τύπους κυττάρων.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το φαινόμενο Warburg φαίνεται να συσχετίζεται με την αρχή της καρκινογένεσης. Η διαδικασία περιλαμβάνει μια αποτυχία των μιτοχονδρίων να συνθέσουν PDC. Αυτή η αποτυχία μπορεί να οφείλεται σε άλλους γνωστούς καρκινογόνους παράγοντες, όπως η υπερβολική παροχή γλυκόζης σε μια δίαιτα πλούσια σε υδατάνθρακες. Το αποτέλεσμα μπορεί να βοηθήσει τα καρκινικά κύτταρα να εξαπλωθούν μέσω ενός πολυκυτταρικού περιβάλλοντος. Ωστόσο, απαιτείται πρόσθετη μελέτη για να επιβεβαιωθούν αυτά τα ευρήματα.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *