Ζύμωση οξειδωμένου γαλακτικού οξέος

ATP και ζύμωση οξειδωμένου γαλακτικού οξέος Η

αναερόβια αναπνοή (γνωστή και ως ζύμωση γαλακτικού οξέος) παράγει το ATP, έναν τελικό δέκτη ηλεκτρονίων. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, η γαλακτική αφυδρογονάση ανάγει το γαλακτικό σε πυροσταφυλικό. Η αντίδραση αποδίδει μια τυπική αλλαγή ελεύθερης ενέργειας -25,1 kJ/mol. Επιπλέον, η γλυκόζη μετατρέπεται σε αιθανόλη και CO2. Το NADH οξειδώνεται επίσης σε NAD+, ένα αρνητικό φορτίο. Οι οξειδωτικοί παράγοντες βρίσκονται στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης και τείνουν να αποκτούν ηλεκτρόνια, όπως το νιτρικό κάλιο.

ATP παράγεται με αναερόβια αναπνοή

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με οξειδωμένο γαλακτικό οξύ, η κυτταρική διαδικασία που παράγει το ATP δεν απαιτεί οξυγόνο. Αντίθετα, η γλυκόζη διασπάται σε δύο πυροσταφυλικά και δύο μόρια ATP. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως γλυκόλυση και η απελευθέρωση δύο ηλεκτρονίων είναι η κύρια πηγή ενέργειας για την κυτταρική διαδικασία. Αντίθετα, η αερόβια αναπνοή παράγει περίπου 38 μόρια ATP ανά γραμμάριο γλυκόζης, με το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας να προέρχεται από τον αδύναμο διπλό δεσμό O2.

Η διαδικασία ATP περιλαμβάνει μια σειρά από αντιδράσεις στις οποίες ανταλλάσσονται άτομα άνθρακα και υδρογόνου. Πρώτα, το ακετυλο-CoA μετατρέπεται σε ένα μόριο γνωστό ως πυροσταφυλικό και στη συνέχεια προχωρά στον κύκλο του Krebs, όπου η ακετυλομάδα στο πυροσταφυλικό άλας οξειδώνεται για να σχηματίσει ακετυλο-CoA. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι μια σειρά φορέων ηλεκτρονίων που συνδέονται με τη μεμβράνη. Κάθε ηλεκτρόνιο μεταφέρει ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή ATP.

Το επόμενο βήμα της αναερόβιας αναπνοής είναι η γλυκόλυση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η γλυκόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό και ενέργεια. Αυτή είναι η ίδια διαδικασία στην αερόβια αναπνοή αλλά με πολύ υψηλότερο ρυθμό. Η διαδικασία είναι πιο αποτελεσματική εάν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο, επειδή ένα μόριο γλυκόζης περιέχει περισσότερη ενέργεια ανά μόριο.

Κατά τη διάρκεια της αναερόβιας αναπνοής, η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων χρησιμοποιεί οξυγόνο. Χωρίς οξυγόνο, ο κύκλος του κιτρικού οξέος δεν μπορεί να συμβεί. Επιπλέον, χωρίς οξυγόνο, το NAD+ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οξείδωση. Χωρίς επαρκές οξυγόνο, ο κύκλος του κιτρικού οξέος δεν μπορεί να συμβεί και η συσσώρευση γαλακτικού οξέος στους μύες οδηγεί σε μυϊκή ακαμψία και κόπωση. Επιπλέον, το γαλακτικό οξύ μεταβολίζεται και μεταφέρεται στο ήπαρ κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης, όπου μπορεί περαιτέρω να καταβολιστεί για ενέργεια.

Κατά τη διάρκεια της αναερόβιας αναπνοής, η γλυκόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό και φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Αυτή η διαδικασία παράγει δύο ATP και δύο NADH και αποθηκεύει την ενέργεια στο κύτταρο. Το ATP αποθηκεύεται στις κυψέλες ως το «καθολικό ενεργειακό νόμισμα».

ATP είναι ένας τελικός δέκτης ηλεκτρονίων

Στη ζύμωση οξειδωμένου γαλακτικού οξέος, το μόριο οξυγόνου είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Ο οργανισμός παράγει μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας για να μεταφέρει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια από το υπόστρωμα στον τελικό δέκτη. Αυτή η διαδικασία παράγει 30 μόρια ATP. Όταν αυτά τα μόρια μεταφέρονται στον τελικό δέκτη, επιστρέφουν σε γλυκόλυση και ολοκληρώνεται η οξειδωτική διαδικασία.

Ο κύκλος της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και ο κύκλος του κιτρικού οξέος σταματούν όταν δεν υπάρχει οξυγόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αναποτελεσματική παραγωγή ΑΤΡ. Επιπλέον, η ζύμωση γαλακτικού οξέος χρησιμοποιεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο NADH για τη δημιουργία γαλακτικού οξέος από το πυροσταφυλικό. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει τη συνέχιση της γλυκόλυσης, αν και με χαμηλότερο ρυθμό. Αυτή η διαδικασία απαιτεί οξυγόνο αλλά δεν παράγει περισσότερη ενέργεια από τη γλυκόλυση.

Αυτή η αντίδραση παράγει επίσης αιθανόλη στη μαγιά. Είναι παρόμοια με τη διαδικασία της ζύμωσης γαλακτικού οξέος στα κύτταρα των θηλαστικών. Τα περισσότερα καρκινικά κύτταρα παράγουν γαλακτικό οξύ σε περιβάλλον με έλλειψη οξυγόνου. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το φαινόμενο Warburg, το οποίο επιτρέπει στα κύτταρα να παράγουν γαλακτικό οξύ χωρίς οξυγόνο. Ωστόσο, η ζύμωση χωρίς οξυγόνο μπορεί επίσης να ωφελήσει την παραγωγή οργανικών οξέων και αιθανόλης.

Το ATP παράγεται κατά την αερόβια αναπνοή και η αναερόβια ζύμωση παράγει αργά ATP. Στην αερόβια αναπνοή, η διαδικασία παράγει 30 ATP ανά γραμμάριο γλυκόζης. Επομένως, η ζύμωση είναι σημαντική για να μην πεθαίνουν τα κύτταρα του σώματος μεταξύ των αναπνοών. Το γαλακτικό οξύ απελευθερώνει ενέργεια κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης και προστατεύει τα κύτταρα από το θάνατο. Ωστόσο, η συσσώρευση γαλακτικού οξέος στα κύτταρα μπορεί αργότερα να οδηγήσει σε μυϊκές κράμπες.

Όταν το οξειδωμένο γαλακτικό οξύ ζυμώνεται, τα ένζυμα μετατρέπουν τη γλυκόζη σε 6-φωσφορική γλυκόζη και 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη. Αυτό επεξεργάζεται περαιτέρω με 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Το ένζυμο φωσφογλυκερική κινάση είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή της 6-φωσφορικής φρουκτόζης σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη. Στη συνέχεια, η φρουκτόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό.

Το ATP είναι μια μορφή ενεργειακού μεταβολισμού

Το ATP είναι ένα εξαιρετικό μόριο αποθήκευσης ενέργειας. Οι φωσφορικές ομάδες στο ATP συνδέονται μεταξύ τους μέσω φωσφοδιεστερικών δεσμών, δημιουργώντας μια εξαιρετικά ενεργητική ένωση ανθεκτική στα ηλεκτρόνια. Αυτό το μόριο στη συνέχεια υφίσταται μια αντίδραση υδρόλυσης για την παραγωγή AMP και ADP. Αυτά τα τρία μόρια είναι ενεργειακά πυκνά, αλλά δεν απαιτούν οξυγόνο. Επιπλέον, η αντίδραση υδρόλυσης παράγει ένα μόριο ΑΤΡ για κάθε μόριο γλυκόζης. Αυτή η ενεργειακά αποδοτική διαδικασία είναι η βάση για την κυτταρική αναπνοή και είναι απαραίτητη για τη διατήρηση του μεταβολισμού του κυττάρου.

Το ATP παράγεται όταν η γλυκόζη μετατρέπεται σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Η διάσπαση αυτών των δύο ενώσεων απελευθερώνει μια δυνητικά τοξική χημική ουσία που χρησιμοποιείται στην κυτταρική αναπνοή. Το ATP μπορεί επίσης να αποθηκευτεί στο κύτταρο, όπου χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Τα προϊόντα διάσπασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα στάδια της κυτταρικής αναπνοής. Το αμινοξύ στις ζυμωτικές καλλιέργειες γαλακτικού οξέος είναι πηγή ATP και αυτή η διαδικασία ονομάζεται αποφωσφορυλίωση.

Το ATP είναι η κύρια μορφή μεταβολισμού ενέργειας στην οξειδωμένη βακτηριακή ζύμωση. Εξυπηρετεί πολλές βασικές λειτουργίες στο σώμα, όπως η ενδοκυτταρική σηματοδότηση, η σύνθεση DNA, η σύνθεση RNA και η συναπτική σηματοδότηση. Το ATP παρέχει επίσης ενέργεια για τη σύσπαση των μυών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ζύμωση με οξειδωμένο γαλακτικό οξύ είναι ευεργετική για το περιβάλλον. Αλλά είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τι κάνει η ATP.

Κατά τη διάρκεια του αερόβιου καταβολισμού γλυκόζης, το 90 τοις εκατό του ATP παράγεται από τη χημειόσμωση. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η φωτεινή ενέργεια αξιοποιείται από το ATP. Η φωτοφωσφορυλίωση παράγει ATP από τα άτομα υδρογόνου που κάποτε ήταν μέρος του μορίου της γλυκόζης. Χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως για την παραγωγή ATP, παράγονται ιόντα οξυγόνου.

Ο κύκλος του Krebs, ακόμη και ως κύκλος του κιτρικού οξέος, είναι το δεύτερο σημαντικό βήμα στην οξειδωτική φωσφορυλίωση. Ο κύκλος του Krebs διασπά τη γλυκόζη σε μικρότερα μόρια τριών άνθρακα. Ο κύκλος του Krebs μεταφέρει την ενέργεια από αυτά τα μόρια γλυκόζης σε φορείς ηλεκτρονίων, οι οποίοι θα χρησιμοποιηθούν στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για την παραγωγή ATP. Διάφορα ένζυμα εμπλέκονται σε αυτή την αντίδραση, και βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη και στο χώρο της μήτρας των μιτοχονδρίων.

ATP είναι προϊόν ζύμωσης γαλακτικού οξέος

Μια αίσθηση καψίματος εμφανίζεται στους μύες όταν συμβαίνει ζύμωση γαλακτικού οξέος. Το αίσθημα καύσου είναι μια προειδοποίηση για να σταματήσετε να καταπονείτε τους μύες σας και να τους επιτρέψετε να ξεκουραστούν και να ανακάμψουν. Το ATP είναι προϊόν ζύμωσης οξειδωμένου γαλακτικού οξέος και η αερόβια κυτταρική αναπνοή παράγει περισσότερο ATP από γλυκόζη από ό,τι η ζύμωση. Και οι δύο τύποι αναπνοής έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού.

Για να μετατραπεί η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική σε ATP, αυτό το μόριο πρέπει να υποβληθεί σε μια σειρά χημικών αντιδράσεων. Η ενέργεια που δεσμεύεται κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων μεταφέρεται σε μόρια φορείς που ονομάζονται NAD+ και FADH2. Επιπλέον, τα άτομα άνθρακα από την 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη μεταφέρονται στον γλυκολυτικό κύκλο ως 1-φωσφογλυκερικό.

Αυτή η διαδικασία ζύμωσης καθιστά επίσης το κυτταρικό ΝΑ διαθέσιμο για οξειδωτική φωσφορυλίωση. Όταν λείπει οξυγόνο, η αναπνευστική αλυσίδα δεν μπορεί να επεξεργαστεί όλα τα άτομα υδρογόνου που συνδέονται με το NADH. Το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα είναι ένας τελικός δέκτης ηλεκτρονίων σε αερόβιες συνθήκες. Αντίθετα, η ζύμωση δεν απαιτεί οξυγόνο. Η γλυκονεογένεση χρησιμοποιεί ένα ενδιάμεσο που ονομάζεται πυροσταφυλικό ως υπόστρωμα.

Τα βακτήρια που προκαλούν τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος βρίσκονται στο γιαούρτι και στους μύες των ζώων. Τα βακτήρια γαλακτικού οξέος στο γιαούρτι μετατρέπουν τη ζάχαρη γάλακτος σε γαλακτικό οξύ, το οποίο του δίνει την ξινή γεύση του. Ενώ το γαλακτικό οξύ είναι προϊόν ζύμωσης οξειδωμένου γαλακτικού οξέος, ο καθυστερημένος μυϊκός πόνος δεν προκαλείται από αυτό αλλά μάλλον από μικροτραύμα των μυών.

Τα προϊόντα ζύμωσης έχουν τη δυνατότητα να είναι πλούσια σε ενέργεια. Ωστόσο, τα προϊόντα ζύμωσης δεν μεταβολίζονται σε ΑΤΡ χωρίς οξυγόνο ή κατάλληλους δέκτες ηλεκτρονίων. Ως εκ τούτου, η ζύμωση δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο η οξειδωτική φωσφορυλίωση στη σύνθεση του ATP. Ως αποτέλεσμα, κάθε μόριο γλυκόζης που παράγεται από τη ζύμωση αποδίδει δύο μόρια ATP και το υπόλοιπο είναι πυροσταφυλικό.

Κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, το σώμα χρησιμοποιεί μια μεταβολική οδό που ονομάζεται αναερόβια γλυκόλυση. Παράγει ATP με πολύ χαμηλότερο ρυθμό από την οξειδωτική φωσφορυλίωση, αλλά είναι ταχύτερο στην παραγωγή ενέργειας από το ATP. Επιπλέον, η αερόβια γλυκόλυση είναι πιο αποτελεσματική στην παραγωγή ενέργειας κατά τη διάρκεια σύντομων περιόδων έντονης προσπάθειας και η ζύμωση δεν είναι βιώσιμη για παρατεταμένες περιόδους. Η ζύμωση με γαλακτικό οξύ μπορεί να προσφέρει ενέργεια για περίπου 30 δευτερόλεπτα έως δύο λεπτά κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης.

Leave a Reply

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