Гликолитический неокислительный путь

Я попытаюсь рассмотреть эту проблему шаг за шагом в связи с упражнениями, начиная с состояния покоя и заканчивая моментом, когда тело больше не в состоянии поддерживать свой энергетический заряд.

В состоянии покоя

Организм в основном использует окислительное фосфорилирование для поддержания своих энергетических потребностей. В клетках, где большое количество энергии необходимо произвести очень быстро, например. клетки, которые активно реплицируются , гликолиз является предпочтительным способом производства энергии, потому что этот путь способен очень быстро производить большое количество АТФ, а лактат способен быстро диффундировать в кровоток. Лактат будет перемещаться по кровотоку в печень, где снова превращается в глюкозу посредством анаболического процесса, называемого глюконеогенезом. Этот путь рециркуляции известен как цикл Кори . По сути, происходит то, что части тела, которые нуждаются в большом количестве энергии, будут «сбрасывать» свои отходы в кровоток, чтобы с ними справились другие органы.

Наука и лыжи VI, 2015, стр. 17-30 . Джордж Брукс из Калифорнийского университета довольно хорошо резюмирует здесь переработку лактата.

Начальное упражнение

Мышечные клетки начнут быстро использовать запасы АТФ, высвобождать глюкозу из запасов гликогена и высвобождать запасы кислорода из миоглобина.

По мере того, как эти запасы начинают истощаться, тело начинает перегружаться, пытаясь восстановить себя в состоянии покоя. Таким образом, ваш сердечный ритм увеличится, дыхание ускорится, а гликолитические пути будут активированы посредством механизмов прямой связи.

Во время тренировки

Я уже касался этого раньше, в другом посте, который может показаться вам интересным. Я считаю, что если вы прочитаете это, вы поймете, почему существует низкий уровень кислорода, и что организм делает, чтобы обойти это.

Во всех активных тканях будет очень низкий уровень кислорода. Тело будет делать все возможное, чтобы попытаться восстановить это, но в конечном итоге ему это не удастся. Таким образом, единственный реальный вариант, который у него есть, - это полагаться на гликолиз в тканях, которые вызывают «проблемы». Скорость производства АТФ в наибольшей степени зависит от скорости, с которой клетка может доставлять глюкозу в клетку .

Цепь переноса электронов способна синтезировать АТФ только при максимальной скорости - эта максимальная скорость пропорциональна концентрации кислорода. Однако на скорость гликолиза по существу влияет только скорость, с которой лактат может быть удален из клетки, и скорость, с которой глюкоза может быть поглощена клеткой.

Конечно, задействованные мышцы будут заниматься только выработкой энергии. Следовательно, весь лактат, который они производят, будет сбрасываться в кровоток, откуда он попадет в печень в ранее упомянутом цикле кори .

В целом, проблема не в способности мышечной клетки регенерировать NAD+. Это самая простая часть, так как при превращении глюкозы в молочную кислоту концентрация NAD+ не меняется. Кроме того, для поддержания окислительно-восстановительного баланса можно использовать такие вещества, как малатно-аспартатные челноки , цитратно-пируватные челноки и глицерин-3-фосфатные челноки . Это лишь несколько примеров того, как поддерживать окислительно-восстановительный баланс.

Вы также должны помнить, что углеводы — не единственный класс молекул, участвующих в этих циклах; расщепленные белки и жиры также могут быть использованы для снабжения цикла ТСА альтернативными средствами производства энергии. Пируват, вероятно, в любом случае не сможет даже превратиться в ацетил-КоА, поскольку для функционирования пируватдегидрогеназы требуется присутствие кислорода .

Однако проблемы возникают, когда организм не в состоянии справиться со всеми отходами, которые он производит. Наступит момент, когда клетки печени будут физически неспособны принимать любые новые молекулы лактата. И поэтому лактат будет накапливаться в кровотоке. При накоплении лактата в кровотоке лактат не сможет диффундировать наружу клетки. Таким образом, клетки не смогут преобразовать пируват в лактат.

Причина, по которой регенерация АТФ в конечном итоге не поспевает за скоростью использования АТФ, заключается в том, что скорость преобразования в лактат снижается. Скорость превращения в лактат снижается, поскольку концентрация лактата увеличивается.

Я попытался сделать небольшую иллюстрацию того, что я имею в виду выше, ниже. Надеюсь, это поможет осмыслить это.

На этом втором изображении слишком много лактата для диффузии.

Вспомогательная информация

Взято из статьи «Количественная внутриклеточная скорость гликолитического и окислительного производства и потребления АТФ с использованием измерений внеклеточного потока» ; Мукерджи и др. 2017

«Эти максимальные значения JATPglyc и JATPox определяют биоэнергетическую емкость клеток. Как показано на рис. 5D, максимальные индивидуальные емкости JATPglyc и JATPox на графике биоэнергетического пространства пересекаются в (62,5, 46,5) для теоретической максимальной биоэнергетической емкости 62,5 + 46,5 = 109,0 пмоль АТФ/мин/мкг белка.В этой максимальной точке гликолитический индекс (емкость GImax) будет 62,5/109 = 57,3%, что делает миобласты C2C12 преимущественно гликолитическими при работе с максимальной скоростью производства АТФ. По сравнению с фактической величиной продукции JATP в присутствии глюкозы (55,2) биоэнергетическая емкость составила 109/55,2 = 197 % от нормы с глюкозой (рис. 5Г), эта биоэнергетическая емкость 197 % от нормы с глюкозой ( альтернативно, резервная мощность 109,0 - 55,2 = 53.8 пмоль АТФ/мин/мкг белка) показывает, что клетки C2C12 в наших экспериментальных условиях анализа с добавлением глюкозы работали комфортно в пределах своей способности генерировать АТФ и были хорошо приспособлены для ответа на любые резкие увеличения потребности в АТФ путем увеличения либо гликолитическая или окислительная продукция АТФ, или и то, и другое».

В этих экспериментах исследователи пытались выяснить, какая доля АТФ будет создаваться гликолитическими и окислительными путями в мышечных клетках (и других типах клеток). Их выводы заключались в том, что большая часть производства АТФ в мышечных клетках происходит за счет гликолиза.

Во время упражнений эта разница в количестве производства АТФ между гликолизом и окислительным фосфорилированием, вероятно, будет еще больше.

Фантастический вопрос! Надеюсь, это немного поможет. Упростить этот процесс очень сложно, так как он довольно сложный.

Во время упражнений высокой интенсивности потребности в энергии превышают:

1. Подача О2
2. Скорость использования превышает скорость, при которой он становится доступным.

Таким образом, дыхательная цепь не может переработать весь Н+, присоединенный к НАДН.

Продолжительное высвобождение анаэробной энергии во время гликолиза зависит от способности NAD+ окислять 3-фосфоглицериновый альдегид, в противном случае гликолиз останавливается.

Во время анаэробного гликолиза НАД+ «высвобождается», когда избыток водорода временно соединяется с пируватом с образованием лактата. Для образования лактата требуется еще одна стадия, катализируемая лактатдегидрогеназой.

Запас Н+ с пируватом представляет собой временный «сборщик» конечного продукта анаэробного гликолиза. После образования лактата он диффундирует в интерстициальное пространство и кровь для буферизации и удаления.

Однако этот путь получения энергии является временным. Уровни лактата в крови и мышцах увеличиваются, а регенерация АТФ не поспевает за скоростью использования. Наступает усталость, снижается работоспособность.

РЕДАКТИРОВАТЬ

• H+ = свободный электрон

• Увеличение концентрации свободных ионов Н+ = снижает рН (поэтому рН 1 очень кислый и имеет очень высокую концентрацию свободных ионов Н+, рН, скажем, 9 имеет более низкую концентрацию ионов Н+ и менее кислый).

• Окисление теряет электроны – восстановление приобретает электроны.

• В ходе гликолиза НАДН окисляется. Регенерация НАД+ (это
  восстановленная форма НАДН) при восстановлении пирувата до
  лактата необходима для продолжения гликолиза в анаэробных
  условиях.

• Несколько ключевых стадий окисления глюкозы до пирувата включают восстановление электронно-энергетического челнока НАД+ до НАДН. Необходимо повторно окислить НАДН до НАД+, чтобы избежать потребления доступных пулов НАД+ и, таким образом, избежать остановки гликолиза.

• Иными словами, во время гликолиза клетки могут генерировать большое количество НАДН и медленно истощать свои запасы НАД+. Если гликолиз должен продолжаться, клетка должна найти способ регенерировать NAD+ либо путем синтеза, либо путем какой-либо формы рециркуляции.

  Дайте мне знать, если это поможет!

ОБНОВИТЬ

Так что эти слайды должны быть сделаны на данный момент (лучшие из тех, что у меня есть для публикации). Проще говоря, в анаэробных условиях наступает момент, когда недостаточно НАД+ для превращения пирувата в лактат.

Могут ли ионы H+ просто накапливаться и усиливать локальный ацидоз?