תוֹכֶן
- הגדרת הטבלה לתסיסה: גליקוליזה
- היכן ומתי מתרחשת תסיסה של חומצה לקטית?
- תסיסה של חומצה לקטית
- לקטט ופעילות גופנית
- חומצה לקטית ו"כווייה ": מיתוס?
במידה ואתה מכיר את המילה "תסיסה", יתכן שאתה נוטה לקשר אותה לתהליך יצירת משקאות אלכוהוליים. אמנם זה אכן מנצל סוג אחד של תסיסה (נקרא באופן רשמי ולא באופן מסתורי תסיסה אלכוהולית), סוג שני, תסיסה של חומצת חלב, הוא למעשה חיוני יותר וכמעט בוודאי מתרחש במידה מסוימת בגופכם כאשר אתם קוראים זאת.
התסיסה מתייחסת לכל מנגנון שבאמצעותו תא יכול להשתמש בגלוקוז בכדי לשחרר אנרגיה בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP) בהיעדר חמצן - כלומר בתנאים אנאירוביים. תחת את כל תנאים - למשל, עם או בלי חמצן, וגם בתאים אוקיארוטיים (צמחיים ובעלי חיים) וגם פרוקריוטים (חיידקיים) - חילוף החומרים של מולקולת גלוקוזה, המכונה גליקוליזה, מתרחש במספר צעדים לייצור שתי מולקולות של פירובטה. מה שקורה אז תלוי באיזה אורגניזם מדובר והאם קיים חמצן.
הגדרת הטבלה לתסיסה: גליקוליזה
בכל האורגניזמים גלוקוז (C6ח12הו6) משמש כמקור אנרגיה ומומר בסדרה של תשע תגובות כימיות מובחנות לפירובט. הגלוקוז עצמו מקורו בפירוק כל סוגי המזון, כולל פחמימות, חלבונים ושומנים. תגובות אלו מתרחשות בציטופלסמה של התא, ללא תלות במכונות סלולריות מיוחדות. התהליך מתחיל בהשקעה של אנרגיה: שתי קבוצות פוספט, שכל אחת מהן נלקחת ממולקולת ATP, מחוברות למולקולת הגלוקוז, ומשאירות אחריה שתי מולקולות אדנוזין דו-פוספט (ADP). התוצאה היא מולקולה הדומה לפרוקטוז סוכר הפירות, אך עם שתי קבוצות הפוספט המחוברות. תרכובת זו מתפצלת לזוג של מולקולות של שלוש פחמן, דיהידרוקסיצטון פוספט (DHAP) וגליצראלדהיד-3-פוספט (G-3-P), שיש להן את הנוסחה הכימית אך סידורים שונים של האטומים המרכיבים שלהם; ה- DHAP ממיר אז ל- G-3-P בכל מקרה.
שתי מולקולות ה- G-3-P נכנסות אז למה שמכונה לעתים קרובות השלב המייצר אנרגיה של גליקוליזה. G-3-P (וזכרו, יש שניים כאלה) מוותר על פרוטון, או אטום מימן, למולקולה של NAD + (ניקוטין אדנין דינוקלוטיד, נשא אנרגיה חשוב בתגובות תאיות רבות) כדי לייצר NADH, בעוד ה- NAD תורם פוספט ל- G-3-P כדי להמיר אותו לביספוספוגליצרט (BPG), תרכובת עם שני פוספטים. כל אחד מאלה מועבר ל- ADP כדי ליצור שני ATP ככל שנוצר סוף סוף פירובט. עם זאת, נזכיר כי כל מה שקורה לאחר פיצול ששת הפחמן הסוכר לשני סוכרים עם שלוש פחמן משוכפל, כך שהמשמעות היא שהתוצאה הרשתית של הגליקוליזה היא ארבע ATP, שתי NADH ושתי מולקולות פירובטה.
חשוב לציין כי גליקוליזה נחשבת לאנאירובית מכיוון חמצן אינו נדרש כדי שהתהליך יתרחש. קל לבלבל את זה עם "רק אם אין חמצן." באותה דרך אתה יכול לחוף במורד גבעה במכונית אפילו עם מיכל גז מלא, ובכך לעסוק ב"נהיגה נטולת דלק ", הגליקוליזה מתגלה באותה צורה בין אם קיים חמצן בכמויות נדיבות, בכמויות קטנות יותר או בכלל לא.
היכן ומתי מתרחשת תסיסה של חומצה לקטית?
לאחר שהגליקוליזה הגיעה לשלב הפירובאט, גורל מולקולות הפירובה תלוי בסביבה הספציפית. באיקריוטות, אם קיים מספיק חמצן, כמעט כל הפירובה מועבר לנשימה אירובית. השלב הראשון בתהליך דו-שלבי זה הוא מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצות לימון או מחזור חומצות טריקרבוקסיליות; השלב השני הוא שרשרת הובלת האלקטרונים. אלה מתרחשים במיטוכונדריה של תאים, אברונים הנמשכים לרוב לתחנות כוח קטנטנות. פרוקריוטות מסוימות יכולות לעסוק בחילוף חומרים אירובי למרות שאינן סובלות מיטוכונדריה או אברונים אחרים ("אירובי הפקולטה"), אך לרוב הם יכולים לענות על צרכי האנרגיה שלהם באמצעות מסלולי מטבולית אנאירובית בלבד, וחיידקים רבים מורעלים למעשה על ידי חמצן ( "לחייב אנאירובים").
כאשר מספיק חמצן לא בהווה, בפרוקריוטות ובמרבית האוקריוטות, פירובט נכנס למסלול התסיסה של חומצת חלב. יוצא הדופן בכך הוא שמרי האוקריוט החד-תאי, פטריה שמטבילה את פירובאט לאתנול (האלכוהול הדו-פחמן שנמצא במשקאות אלכוהוליים). בתסיסה אלכוהולית, מולקולת הפחמן הדו-חמצני מוסרת מהפירוב ליצירת אצטאלדהיד ואז אטום מימן מחובר לאצטלדהיד ליצירת אתנול.
תסיסה של חומצה לקטית
הגליקוליזה יכולה, בתיאוריה, להמשיך ללא הגבלת זמן לספק אנרגיה לאורגניזם האב, מכיוון שכל גלוקוז מביא לרווח אנרגיה נטו. אחרי הכל, גלוקוז יכול להיות מזין פחות או יותר באופן קבוע לתכנית אם האורגניזם פשוט אוכל מספיק, ו- ATP הוא למעשה משאב מתחדש. הגורם המגביל כאן הוא הזמינות של NAD+וכאן נכנס לתסיסה של חומצת חלב.
אנזים הנקרא לקטט דהידרוגנאז (LDH) ממיר פירובט ללקטט על ידי הוספת פרוטון (H)+) לפירובאט, ובתהליך, חלק מה- NADH מגלייקוליזה מומר בחזרה ל- NAD+. זה מספק NAD+ מולקולה שניתן להחזיר "במעלה הזרם" כדי להשתתף, ובכך לעזור לשמור על, גליקוליזה. במציאות, זה לא משקם לחלוטין מבחינת צרכים מטבוליים של אורגניזמים. אם השתמשו בבני אדם כדוגמה, אפילו אדם שיושב במנוחה לא יכול היה להתקרב לענות על צרכיה המטבוליים באמצעות גליקוליזה בלבד. זה כנראה ניכר בעובדה שכאשר אנשים מפסיקים לנשום, הם לא יכולים לקיים חיים לאורך זמן רב מחוסר חמצן. כתוצאה מכך, גליקוליזה בשילוב עם תסיסה היא למעשה רק אמצעי עצירה, דרך לשאוב את המקבילה למכל דלק עזר קטן כאשר המנוע זקוק לדלק נוסף. מושג זה מהווה את הבסיס כולו לביטויים אנושיים בעולם התרגיל: "הרגיש את הכוויה", "פגע בקיר" ואחרים.
לקטט ופעילות גופנית
אם חומצה לקטית - חומר ששמעת עליו כמעט בוודאות, שוב במצבים של פעילות גופנית - נשמע כמו משהו שאפשר למצוא בחלב (יתכן שראית שמות של מוצרים כמו לקטייד במקרר החלב המקומי), זה לא מקרה. הלקטט בודד לראשונה בחלב מעופש עוד בשנת 1780. (חומצת חלב הוא שם הצורה של חומצה לקטית שתרמה פרוטון, כפי שעושים כל החומצות בהגדרה. ועידת השמות "-אט" ו"חומצה-חומצה "זו הנוגעת לחומצות משתרעת על פני כל הכימיה.) כשאתה רץ או מרים משקולות או משתתף בסוגים של פעילות גופנית בעצימות גבוהה - כל מה שגורם לך לנשום קשה לא נוח, למעשה - מטבוליזם אירובי , שמסתמך על חמצן, כבר לא מספיק כדי לעמוד בדרישות של שרירי העבודה שלך.
בתנאים אלה, הגוף עובר ל"חובות חמצן ", שהוא דבר שאינו מוזן כיוון שהנושא האמיתי הוא מכשיר סלולרי המייצר" רק "36 או 38 ATP לכל מולקולה הגלוקוזה המסופקת. אם עוצמת האימון מתמשכת, הגוף מנסה לעמוד בקצב על ידי בעיטת LDH להילוך גבוה ויצירת NAD ככל האפשר+ ככל האפשר דרך המרה של פירובטה ללקט. בשלב זה המרכיב האירובי במערכת מוגדר בבירור, והרכיב האנאירובי נאבק באותה דרך שמישהו מחטט באכזריות סירה מבחין כי מפלס המים ממשיך לזחול למרות מאמציו.
לקטט המיוצר בתסיסה מחובר אליו בקרוב פרוטון המייצר חומצה לקטית. חומצה זו ממשיכה להצטבר בשרירים ככל שנשמרת העבודה, עד שלבסוף כל המסלולים ליצירת ATP פשוט לא יכולים לעמוד בקצב. בשלב זה, על עבודת השרירים להאט או להפסיק לחלוטין. רצה שנמצאת במירוץ קילומטר אבל מתחילה מעט מהר מדי לרמת הכושר שלה עשויה למצוא את עצמה שלוש הקפות בתחרות ארבע הקפות שכבר נמצאת בחובות חמצן נכים. כדי פשוט לסיים, עליה להאט בצורה דרסטית, ושריריה כל כך ממוסים עד כי צורת הריצה, או הסגנון שלה, עשויים לסבול באופן ניכר. אם אי פעם ראיתם רץ במירוץ ארוך, כמו 400 מטר (שלוקח לספורטאים ברמה העולמית כ -45 עד 50 שניות לסיים) מאטים קשות בחלק האחרון של המירוץ, כנראה שמתם לב שהוא או נראה שהיא כמעט שוחה. זה, באופן רופף, ניתן לייחס לאי ספיקת שרירים: מקורות דלק נעדרים מכל סוג, הסיבים בשרירי האתלט פשוט לא יכולים להתכווץ לחלוטין או בדיוק, והתוצאה היא רץ שנראה לפתע כאילו הוא נושא פסנתר בלתי נראה או חפץ גדול אחר על גבו.
חומצה לקטית ו"כווייה ": מיתוס?
מדענים מזה זמן רב ידעו כי חומצת חלב מצטברת במהירות בשרירים שנמצאים על סף כישלון. באופן דומה, ידוע היטב כי סוג האימון הגופני המוביל לסוג זה של אי ספיקת שרירים מהירה מייצר תחושת צריבה ייחודית ואופיינית בשרירים הנגועים. (לא קשה לגרום לכך; צניחו לרצפה ונסו לבצע 50 שכיבות סמיכה ללא הפרעה, ובאמת כמעט בטוח שהשרירים בחזה ובכתפיים בקרוב יחוו את "הכוויה". לכן היה זה מספיק טבעי להניח, בהעדר ראיות מנוגדות, כי חומצה לקטית עצמה הייתה הגורם לשריפה, וכי חומצה לקטית עצמה הייתה משהו מרעלנים - רוע הכרחי בדרך לייצור NAD מבוקש.+. אמונה זו הופצה ביסודיות ברחבי קהילת התרגילים; ללכת למפגש מסלול או למירוץ דרך 5K, וסביר להניח שאתה שומע רצים מתלוננים כי הם כאבים מהאימון של הימים הקודמים בזכות יותר מדי חומצת חלב ברגליהם.
מחקרים עדכניים יותר הטילו ספק בפרדיגמה זו. לקטט (כאן, מונח זה ו"חומצה לקטית "משמשים להחלפה לשם פשטות) נמצא כי הוא הכל פרט למולקולה בזבזנית שהיא לא הגורם לאי ספיקת שרירים או צריבה. כנראה שהיא משמשת כמולקולת איתות בין תאים ורקמות והן מקור דלק מוסווה היטב בפני עצמו.
הרציונל המסורתי המוצע לאופן בו גורם לכאורה לכישלון שרירים הוא pH נמוך (חומציות גבוהה) בשרירי העבודה. ה- pH הרגיל של הגוף מרחף קרוב לנטרל בין חומצי לבסיסי, אך חומצה לקטית משילה את הפרוטונים שלה כדי להפוך ללקט מציגה שרירים עם יוני מימן, מה שהופך אותם ללא יכולת לתפקד כשלעצמם. עם זאת, רעיון זה הותגר חזק מאז שנות השמונים. לדעת המדענים מקדמים תיאוריה אחרת, מעט מאוד מ- H+ המצטבר בשרירים עובדים נובע למעשה מחומצה לקטית. רעיון זה צץ בעיקר ממחקר מקרוב של תגובות הגליקוליזה "במעלה הזרם" מפירובאט, והשפיע הן על רמת הפירובט והן על רמת הלקטט. כמו כן, יותר חומצה לקטית מועברת מתאי שריר במהלך האימונים ממה שהאמינו בעבר, ובכך מגבילה את יכולתה לזרוק H+ לתוך השרירים. חלק מהלקטט הזה יכול להילקח על ידי הכבד ולהשתמש בו לייצור גלוקוז על ידי ביצוע הצעדים של הגליקוליזה לאחור. בסיכום כמה בלבול עדיין קיים החל משנת 2018 סביב סוגיה זו, ישנם מדענים שהציעו אפילו להשתמש בלקטט כתוסף דלק לתרגיל, ובכך להפוך רעיונות ארוכי טווח לחלוטין במהופך.