Sisu
- Fermenteerimislaua seadistamine: glükolüüs
- Kus ja millal toimub piimhappe kääritamine?
- Piimhappe kääritamine
- Laktaat ja treenimine
- Piimhape ja "Põletus": müüt?
Kui olete tuttav sõnaga "käärimine", võite seda seostada alkohoolsete jookide loomise protsessiga. Ehkki see kasutab ära üht tüüpi kääritamist (ametlikult ja salapäraselt kutsutud) alkohoolne kääritamine), teist tüüpi, piimhappe kääritamine, on tegelikult elulisem ja ilmneb seda lugedes peaaegu kindlasti mingil määral teie kehas.
Fermenteerimine tähendab mis tahes mehhanismi, mille abil rakk saab glükoosi abil energiat vabastada adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul hapniku puudumisel - see tähendab anaeroobsetes tingimustes. All kõik tingimused - näiteks hapnikuga või ilma, ning nii eukarüootilistes (taime- ja loomsetes) kui ka prokarüootsetes (bakteriaalsetes) rakkudes - toimub glükoosi molekuli metabolism, mida nimetatakse glükolüüsiks, mitme sammu abil kahe püruvaadi molekuli saamiseks. Mis siis juhtub, sõltub sellest, milline organism on kaasatud ja kas hapnikku on.
Fermenteerimislaua seadistamine: glükolüüs
Kõigis organismides on glükoos (C6H12O6) kasutatakse energiaallikana ja see muundatakse üheksast erinevast keemilisest reaktsioonist koosneva püruvaadina. Glükoos ise pärineb igasuguste toiduainete, sealhulgas süsivesikute, valkude ja rasvade lagunemisest. Need reaktsioonid toimuvad raku tsütoplasmas, sõltumata spetsiaalsetest rakulistest masinatest. Protsess algab energia investeerimisega: Kaks fosfaatrühma, igaüks neist võetud ATP molekulist, kinnitatakse glükoosimolekulile, jättes kaks adenosiindifosfaadi (ADP) molekuli maha. Tulemuseks on molekul, mis sarnaneb puuviljasuhkru fruktoosiga, kuid milles on kaks fosfaatrühma. See ühend jaguneb kolmeks süsiniku molekulideks, dihüdroksüatsetoonfosfaadiks (DHAP) ja glütseraldehüüd-3-fosfaadiks (G-3-P), millel on sama keemiline valem, kuid koostisosade aatomite erinev paigutus; seejärel teisendatakse DHAP G-3-P-ks.
Seejärel sisenevad kaks G-3-P molekuli nn glükolüüsi energiat tootvaks etapiks. G-3-P (ja pidage meeles, et neid on kaks) loobub NAD + molekulile prootonist või vesinikuaatomist (nikotiinamiidadeniini dinukleotiid, oluline energiakandja paljudes rakulistes reaktsioonides) NADH saamiseks, samas kui NAD annetab fosfaadi G-3-P-ks, et muundada see kahe fosfaadiga ühendiks bisfosfoglütseraadiks (BPG). Kõik need eraldatakse ADP-le, et moodustuks kaks ATP-d, kui püruvaat lõpuks moodustub. Tuletage siiski meelde, et kõik, mis juhtub pärast kuue süsiniku suhkru jagamist kaheks kolme süsiniku suhkruks, dubleeritakse, nii et see tähendab, et glükolüüsi puhastulemus on neli ATP, kaks NADH ja kaks püruvaatmolekuli.
Oluline on märkida, et glükolüüsi peetakse anaeroobseks, kuna hapnikku pole vaja protsessi toimumiseks. Seda on lihtne segi ajada "ainult siis, kui hapnikku pole." Samal viisil saate autoga mäest alla lasta isegi täis kütusepaagiga ja seeläbi "gaasivabalt sõita". Lahustub glükolüüs samal viisil, kas hapnikku on suures koguses, väiksemas koguses või üldse mitte.
Kus ja millal toimub piimhappe kääritamine?
Kui glükolüüs on jõudnud püruvaadi etappi, sõltub püruvaadi molekulide saatus konkreetsest keskkonnast. Kui eukarüootides on piisavalt hapnikku, lülitatakse peaaegu kogu püruvaat aeroobsesse hingamisse. Selle kaheastmelise protsessi esimene samm on Krebsi tsükkel, mida nimetatakse ka sidrunhappe tsükliks või trikarboksüülhappe tsükliks; teine samm on elektronide transpordiahel. Need toimuvad rakkude mitokondrites, organellides, mida sageli võrreldakse väikeste elektrijaamadega. Mõned prokarüootid võivad osaleda aeroobses metabolismis, hoolimata sellest, et neil puuduvad mitokondrid või muud organellid ("fakultatiivsed aeroobid"), kuid enamasti suudavad nad oma energiavajaduse rahuldada ainuüksi anaeroobsete ainevahetusradade kaudu ja paljud bakterid on tegelikult hapnikuga mürgitatud ( "kohustuslik anaeroobid").
Kui hapnikku on piisavalt mitte Prokarüootides ja enamikus eukarüootides siseneb püruvaat piimhappe fermentatsiooni rada. Erandiks on üherakuline eukarüootpärm - seen, mis metaboliseerib püruvaadi etanooliks (alkohoolsetes jookides leiduv kahe süsiniku alkohol). Alkohoolsel kääritamisel eemaldatakse süsinikdioksiidi molekul püruvaadist, et moodustada atseetaldehüüd, ja etanooli saamiseks kinnitatakse atsetaldehüüdile vesinikuaatom.
Piimhappe kääritamine
Glükolüüs võiks teoreetiliselt toimuda määramata ajaks, et anda emaorganismile energiat, kuna iga glükoos annab energia netokasvu. Lõppude lõpuks võiks glükoosi enam-vähem pidevalt skeemi lisada, kui organism lihtsalt sööb piisavalt ja ATP on sisuliselt taastuv ressurss. Piiravaks teguriks on siin NAD kättesaadavus+, ja siin toimub piimhappe kääritamine.
Ensüüm nimega laktaatdehüdrogenaas (LDH) muundab püruvaadi laktaadiks, lisades prootoni (H+) püruvaadiks ja selle protsessi käigus muundatakse osa glükolüüsi NADH-st tagasi NAD-ks+. See annab NAD-i+ molekul, mille saab tagasi "ülesvoolu", et glükolüüsis osaleda ja seega säilitada. Tegelikkuses ei ole see organismide metaboolsete vajaduste osas täielikult taastav. Kasutades näiteks inimesi, ei saaks isegi puhkeasendis istuv inimene ainuüksi glükolüüsi kaudu oma metaboolsete vajaduste rahuldamiseks. See on ilmselt ilmne tõsiasjas, et kui inimesed hingamise lõpetavad, ei suuda nad hapnikuvaeguse tõttu väga kaua elu säilitada. Selle tulemusel on glükolüüs koos kääritamisega tõesti vaid tõkestamismeede - viis ammutada väikese lisakütusepaagi ekvivalendile, kui mootor vajab lisakütust. See kontseptsioon moodustab kogu kõnekeelsete väljendite aluse treeningumaailmas: „tunne põlemist“, „löö seinale“ ja teised.
Laktaat ja treenimine
Kui piimhape - aine, millest olete peaaegu kindlasti kuulnud, ka treeningu ajal - kõlab nagu midagi, mida võib leida piimas (olete võinud kohalikus piimatoodete jahutusjaamas näha selliseid tootenimesid nagu Lactaid), pole see juhus. Laktaat eraldati esmakordselt vananenud piimas 1780. aastal. (Laktaat on prootoni loovutanud piimhappe vormi nimi, nagu seda teevad kõik happed. See hapete "aminohapete" ja "-hapete" nimetamise tava hõlmab kogu keemia.) Kui te jooksete või raskusi tõstte või osalete suure intensiivsusega treeningutes - kõik, mis paneb teid ebamugavalt kõvasti hingama, tegelikult - aeroobne metabolism , mis tugineb hapnikule, ei ole enam piisav töötavate lihaste nõudmistega sammu pidamiseks.
Nendes tingimustes läheb keha "hapnikuvõlga", mis on eksliku kujuga, kuna tegelik probleem on rakuaparaat, mis toodab "ainult" 36 või 38 ATP tarnitud glükoosi molekuli kohta. Kui treeningu intensiivsus püsib, proovib keha sammu pidada, lüües LDH kõrgele käigule ja tekitades nii palju NAD+ kui võimalik püruvaadi muundamise kaudu laktaadiks. Sel hetkel on süsteemi aeroobne komponent selgelt maksimeeritud ja anaeroobne komponent on hädas samamoodi, kui keegi paadist välja viibates pööraselt märkab, et veetase jookseb jätkuvalt, vaatamata tema pingutustele.
Kääritamisel tekkival laktaadil on peagi kinnitatud prooton, mis tekitab piimhapet. See hape koguneb töö jätkamisel lihastesse, kuni lõpuks kõik ATP tekitamise teed lihtsalt ei suuda sammu pidada. Selles etapis peab lihaste töö aeglustuma või täielikult katkema. Jooksja, kes on läbinud miilivõistluse, kuid alustab oma võimekuse taseme jaoks liiga kiiresti, võib leida end nelja ringi võistlusele kolm ringi juba hapnikuvõlga rikkudes. Lihtsalt lõpulejõudmiseks peab ta drastiliselt aeglustama ja ta lihased on nii palju maksustatud, et tõenäoliselt kannatab nähtavalt tema jooksuvorm või stiil. Kui olete kunagi jälginud jooksjat pikkadel võistlustel, näiteks 400 meetri jooksus (mille maailmatasemel sportlastel kulub finišisse umbes 45–50 sekundit) aeglaselt võistluse viimases osas, olete ilmselt märganud, et ta või tundub, et ta peaaegu ujub. See on lõdvalt öeldes tingitud lihaste puudulikkusest: Puuduvad igasugused kütuseallikad, sportlaste lihastes olevad kiud lihtsalt ei saa täielikult või täpselt kokku tõmmata ning tagajärjeks on jooksja, kes äkki näib, nagu kannaks ta nähtamatut klaverit või teine suur objekt tema seljal.
Piimhape ja "Põletus": müüt?
Teadlased on pikka aega teadnud, et piimhape koguneb kiiresti lihastesse, mis on läbikukkumise äärel. Samamoodi on välja kujunenud, et selline füüsiline koormus, mis põhjustab sellist tüüpi kiiret lihaste rikkeid, tekitab mõjutatud lihastes ainulaadse ja iseloomuliku põletustunde. (Seda ei ole raske esile kutsuda; kukkuge põrandale ja proovige teha 50 katkematut surumist. On praktiliselt kindel, et teie rindkere ja õlgade lihased kogevad peagi põletust.) Seetõttu oli see piisavalt loomulik. eeldada vastupidiste tõendite puudumisel, et põletamine oli tingitud piimhappest ise ja et piimhape ise oli toksiini osa - vajalik kurja teel vajamineva NAD valmistamiseks+. Seda usku on kogu harjutusringkonnas põhjalikult levitatud; minge rajakohtumisele või 5K maanteejooksule ja tõenäoliselt kuulete jooksjaid kaebamas, et neil on eelnevate päevade treeningutest valus olla tänu liiga palju piimhapet jalgadele.
Uuemad uuringud on selle paradigma kahtluse alla seadnud. Laktaat (siin kasutatakse seda terminit ja piimhapet vaheldumisi lihtsuse huvides) on osutunud kõike muud kui raiskavaks molekuliks, mis on mitte lihaspuudulikkuse või põletuse põhjus. Ilmselt toimib see nii signaalimolekulina rakkude ja kudede vahel kui ka omaette varjatud kütuseallikana.
Traditsiooniline põhjendus selle kohta, kuidas laktaat väidetavalt põhjustab lihaste puudulikkust, on töötavate lihaste madal pH (kõrge happesus). Keha normaalne pH püsib happelise ja aluselise vahel peaaegu neutraalne, kuid piimhape, mis eraldab oma prootoneid, laktaadiks, uputab lihaseid vesinikioonidega, muutes need iseenesest võimetuks. Sellele ideele on aga alates 1980. aastatest tõsine väljakutse seatud. Erinevat teooriat arendavate teadlaste arvates on H-st väga vähe+ mis töötavatesse lihastesse koguneb, pärineb tegelikult piimhappest. See idee on pärit peamiselt püruvaadist "ülesvoolu" asuvate glükolüüsireaktsioonide lähedasest uuringust, mõjutades nii püruvaadi kui ka laktaadi taset. Samuti transporditakse treenimise ajal lihasrakkudest välja rohkem piimhapet, kui seni arvati, piirates sellega tema võimet H+ lihastesse. Osa sellest laktaadist saab maksas omastada ja glükoosi tootmiseks kasutada glükolüüsi vastupidiseid samme. Võttes kokku selle, kui palju segadust selle teema ümber 2018. aastal endiselt leidub, on mõned teadlased soovitanud kasutada treenimisel isegi kütuselisandina laktaati, muutes seeläbi pikaajalised ideed täiesti tagurpidi.