จะเกิดอะไรขึ้นกับ Pyruvate ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน?

เนื้อหา

• Glycolysis: ต้นกำเนิดของไพรูเวต
• การประมวลผลแบบ Pyruvate ในยูคาริโอต
• ออกซิเดชัน Pyruvate: ปฏิกิริยาสะพาน
• การหายใจแบบแอโรบิคหลังจาก Pyruvate
• การหมัก: กรดแลคติค

glycolysis คือการแปลงโมเลกุลน้ำตาลหกคาร์บอน กลูโคส ถึงสองโมเลกุลของสารประกอบสามคาร์บอน ไพรู และพลังงานเล็กน้อยในรูปแบบของ ATP (adenosine triphosphate) และ NADH (โมเลกุล "อิเล็กตรอนพาหะ") มันเกิดขึ้นในทุกเซลล์ทั้งโปรคาริโอต (เช่นผู้ที่ไม่มีความสามารถในการหายใจแบบแอโรบิค) และยูคาริโอต (เช่นที่มีออร์แกเนลล์และใช้ประโยชน์จากการหายใจของเซลล์ทั้งหมด)

pyruvate เกิดขึ้นใน glycolysis กระบวนการที่ไม่ต้องใช้ออกซิเจนดำเนินการในยูคาริโอตไปไมโตคอนเดรียสำหรับ การหายใจแบบใช้ออกซิเจนขั้นตอนแรกคือการแปลง pyruvate เป็น acetyl CoA (acetyl coenzyme A)

แต่ถ้าไม่มีออกซิเจนหรือเซลล์ไม่มีวิธีหายใจแบบแอโรบิค (เช่นเดียวกับโปรคาริโอตที่สุด) pyruvate จะกลายเป็นอย่างอื่น ใน การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนโมเลกุลของไพรูเวตสองก้อนจะถูกแปลงเป็นอะไร?

Glycolysis: ต้นกำเนิดของไพรูเวต

Glycolysis เป็นการแปลงกลูโคสหนึ่งโมเลกุล C₆H₁₂O₆, ถึงสองโมเลกุลของไพรูเวท, ซี₃H₄O₃ด้วย ATP ไฮโดรเจนไอออนและ NADH ที่สร้างขึ้นระหว่างทางด้วยความช่วยเหลือจากบรรพบุรุษของ ATP และ NADH:

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

ที่นี่ P_ผม หมายถึง "อนินทรีย์ฟอสเฟต, "หรือกลุ่มฟอสเฟตอิสระที่ไม่ได้ติดอยู่กับโมเลกุลที่มีคาร์บอน ADP คือ adenosine diphosphateซึ่งแตกต่างจาก ADP โดยคุณอาจเดาได้ว่าเป็นกลุ่มฟอสเฟตอิสระหนึ่งกลุ่ม

การประมวลผลแบบ Pyruvate ในยูคาริโอต

เช่นเดียวกับที่อยู่ภายใต้เงื่อนไขแบบไม่ใช้ออกซิเจนผลิตภัณฑ์สุดท้ายของ glycolysis ภายใต้สภาวะแอโรบิคคือ pyruvate เกิดอะไรขึ้นกับ pyruvate ภายใต้สภาวะแอโรบิคและภายใต้เงื่อนไขแบบแอโรบิคเท่านั้นคือการหายใจแบบแอโรบิค (ริเริ่มโดยปฏิกิริยาสะพานก่อนวงจร Krebs) ภายใต้เงื่อนไขแบบไม่ใช้ออกซิเจนสิ่งที่เกิดขึ้นกับไพรูเวตคือการเปลี่ยนเป็นแลคเตทเพื่อช่วยให้ไกลโคไลซิสซึมไปทางต้นน้ำ

ก่อนที่จะมองอย่างใกล้ชิดถึงชะตากรรมของไพรูเวทภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนคุณควรดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับโมเลกุลที่น่าทึ่งนี้ภายใต้สภาวะปกติที่คุณมักประสบอยู่ - ตอนนี้เป็นต้น

ออกซิเดชัน Pyruvate: ปฏิกิริยาสะพาน

ปฏิกิริยาสะพานหรือที่เรียกว่า ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของยูคาริโอตและเกี่ยวข้องกับ decarboxylation ของไพรูเวตในรูปแบบอะซิเตทซึ่งเป็นโมเลกุลสองคาร์บอน โมเลกุลของโคเอ็นไซม์ A จะถูกเพิ่มเข้าไปในอะซิเตทเพื่อสร้าง acetyl coenzyme A หรือ acetyl CoA โมเลกุลนี้จะเข้าสู่วงจร Krebs

ณ จุดนี้คาร์บอนไดออกไซด์ถูกขับออกมาเป็นของเสีย ไม่ต้องใช้พลังงานและไม่ต้องเก็บเกี่ยวในรูปแบบของ ATP หรือ NADH

การหายใจแบบแอโรบิคหลังจาก Pyruvate

แอโรบิกช่วยให้กระบวนการหายใจของเซลล์เสร็จสมบูรณ์และรวมถึงวงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนทั้งในไมโตคอนเดรีย

วงจร Krebs เห็น acetyl CoA ผสมกับโมเลกุลสี่คาร์บอนที่เรียกว่า oxaloacetate ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ลดลงตามลำดับอีกครั้งเพื่อ oxaloacetate; ATP เพียงเล็กน้อยและมีพาหะของอิเล็กตรอนมากมาย

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนใช้พลังงานในอิเล็กตรอนในพาหะดังกล่าวเพื่อผลิตจำนวนมาก เอทีพีพร้อมกับออกซิเจนที่จำเป็น ในฐานะที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่จะป้องกันไม่ให้กระบวนการทั้งหมดกลับขึ้นไปทางเหนือน้ำที่ไกลคอลไลซิส

การหมัก: กรดแลคติค

เมื่อการหายใจแบบแอโรบิคไม่ใช่ทางเลือก (เช่นใน prokaryotes) หรือระบบแอโรบิกหมดเนื่องจากห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนอิ่มตัว (เช่นในความเข้มสูงหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจนการออกกำลังกายในกล้ามเนื้อของมนุษย์) glycolysis ไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ จะไม่เป็นแหล่งที่มาของ NAD_ อีกต่อไป

เซลล์ของคุณมีวิธีแก้ปัญหาสำหรับสิ่งนี้ Pyruvate สามารถเปลี่ยนเป็นกรดแลคติคหรือแลคเตทเพื่อสร้าง NAD + ให้เพียงพอเพื่อให้ไกลโคไลซิสไปได้อีกระยะหนึ่ง

C₃H₄O₃ + NADH → NAD⁺ + C₃H₅O₃

นี่คือต้นกำเนิดของการเผาผลาญกรดแลคติกที่คุณรู้สึกในระหว่างการออกกำลังกายกล้ามเนื้ออย่างหนักเช่นการยกน้ำหนักหรือชุดเอสเอส