Glikolizė.

Kai maisto angliavandeniai yra suskaidomi iki tinkamų organizmui panaudoti junginių (dažniausiai tai gliukozė), prasideda energijos gavimo procesų reakcijos. Energijos gavimo būdų iš angliavandenių (ir kitų medžiagų) yra keli. Šie procesai yra pakankamai sudėtingi, šiame straipsnyje nėra tikslo išsamiai išdėstyti visų procesų visas biochemines reakcijas, jų seką ar aprašymą. Pagrindinis tikslas yra trumpai ir glaustai išdėstyti pagrindinę kiekvieno cheminio proceso esmę. Jau aukščiau kiek minėjome glikolizę, kurios metu gliukozė yra suskaidoma ir išsiskiria energija.

Glikolizė – 10 nuoseklių fermentinių reakcijų seka susidedanti iš dviejų stadijų. Per pirmąją glikolizės stadiją yra panaudojamos dvi ATP molekulės, o per antrąją jau susidaro keturios ATP molekulės. Taigi, jei viskas gerai su matematika, galutiniame vienos gliukozės molekulės oksidacijos procese mes gauname dvi naujas ATP molekules. Pradžioje dvi sunaudojome, paskui pagaminome keturias, rezultate yra dvi naujos. Kalbant išties, pati gliukozė yra chemiškai mažai aktyvi, todėl jau pirmosios glikolizės stadijos metu ji yra aktyvinama ją fosforilinant iki gliukozės 6-fosfato, o jau šis junginys yra tolimesnių susidarymo produktų pirmtakas (pvz., kitų monosacharidų, oligosacharidų ir polisacharidų pirmtakas). Gliukozės 6-fosfatas gali būti suskaidytas, o skaidymo produktai naudojami susidarant aminorūgštims, lipidams ar kitiems biologiškai svarbiems junginiams.

Apibendrinant – per 10 glikolizės cheminių reakcijų, įvairių fermentų pagalba gliukozė yra perdaroma į vis sekančius junginius, dėl ko susidaro ATP ir piruvatas. Piruvato susidarymas yra galutinė glikolizės stadija. Aerobinėmis sąlygomis piruvatas visiškai oksiduojamas iki CO₂ ir H₂O, o anaerobinėmis sąlygomis jis gali virsti įvairiais galutiniais produktais. O čia jau sportininkams gali paaiškėti ir įdomių dalykų.

NAD⁺ – nikotinamido adenino dinukleotido kofermentas, jis dalyvauja daugelyje oksidacijos-redukcijos reakcijų organizme. Ląstelėse NAD⁺ koncentracija yra maža, bet prie ko čia jis ir glikolizė? Glikolizė vyksta, jei susidaręs NADH regeneruojamas ir NAD⁺ dalyvauja glikolizidės oksidacijos-redukcijos reakcijose. Deguoninėmis sąlygomis NADH pernešamas į mitochondrijas ir oksidacinio fosforilinimo proceso metu yra oksiduojamas. O anaerobinėmis sąlygomis NADH redukuoja piruvatą. Šio proceso metu susidaro tam tikru produktai, pvz., etanolis, organinės rūgštys, acetonas, butanolis ir kiti produktai. Toks gliukozės skaidymas iki galutinių produktų vadinamas rūgimu (fermentacija). Vienas iš tokių susidariusių produktų yra ir sportininkams girdėta pieno rūgštis. Katalizuojant atitinkamam fermentui (LDH -laktato dehidrogenazė) piruvatas yra redukuojamas ir susidaro pieno rūgštis.

Taigi, raumenims intensyviai dirbant, kraujas nespėja aprūpinti audinių deguonimi ir susidaro pieno rūgštis. Jei kalbėti pavyzdžiais, tai pakankamai masyvūs ir raumeningi sprinteriai, bėgantys trumpuosius nuotolius, energiją gauna glikolizės būdu. Jie sugeba greitai nubėgti nedidelius nuotolius panaudodami glikolizinį ATP. Pieno rūgštis yra galutinis anaerobinės gliukozės oksidacijos produktas raumenyse. Padidėjus pieno rūgšties koncentracijai, didėja viduląstelinių protonų koncentracija, greičiau nuvargstama ir atsiranda raumenų skausmai.

Raumenų skausmai, po didelio fizinio krūvio, taip pat susiję ir su raumenų skaidulų įtrūkimais. Po tam tikro laiko tose vietose prasideda uždegiminis procesas sukeliantis skausmą. Sportininkai žino, kad deginantis skausmas raumenyse po intensyvaus fizinio krūvio vėliau atslūgsta. T.y. ramybės būsenoje 70-80 % pieno rūgšties iš raumenų per kraują pernešama į kepenis. Jose dalis pieno rūgšties oksiduojama iki CO₂ ir H₂O ir įdomu tai, kad kita dalis panaudojama gliukozės resintezei, t.y. gliukoneogenezėje (apie tai pakalbėsime šiek tiek žemiau). Ši vėl susintetinta gliukozė krauju pernešama atgal į raumenis, kur panaudojama kaip energijos šaltinis.

Toks gliukozės ir pieno rūgšties kelias – gliukozė→raumenys →glikolizė→pieno rūgštis→ kraujas→ kepenys→gliukoneogenezė→gliukozė →kraujas→raumenys→energija – vadinamas C.G. Kori (C.G.Cori) ciklu. Ši, supaprastinta schema, realybėje atrodo kiek sudėtingiau (žr. pav.).

Kori ciklas labiausiai aktyvus po didelių fizinių krūvių. Ramybės metu gliukozė, susidariusi kepenyse iš laktato, raumenyse verčiama glikogenu, kuris bus panaudotas palaikyti raumenų susitraukimus fizinio krūvio metu.

Įdomumo dėlei reikia paminėti, kad anaerobinės glikolizės metu viena iš pagaminamų medžiagų gali būti etanolis, plačiau apie šios medžiagos metabolizmą ir žalingą poveikį organizmui rekomenduojama pasidomėti straipsnyje „Etilo alkoholis”.

Gliukozė organizme yra pagrindinis energijos šaltinis, tačiau laisvos gliukozės kiekiai organizme yra ganėtinai maži. Aukštesnieji organizmai gliukozės perteklių kaupia polisacharidų pavidalu, pvz., gyvūnai, tame tarpe ir žmogus, kepenyse ir raumenyse kaupia glikogeną, o augalai – krakmolą. Padidėjus organizmo energijos poreikiams, polisacharidai hidrolizuojami iki gliukozės, kuri yra oksiduojama.

Toks energijos saugojimo, o po to jos panaudojimo būdas yra pakankamai efektyvus ir tai lėmė kelios sąlygos:
•glikogenas yra žymiai greičiau skaidomas nei riebalai, kadangi glikogeno molekulės yra šakotos ir vienu metu nuo galų gali būti atskeltos kelios gliukozės molekulės;
•anaerobinėse sąlygose riebalų rūgštys negali būti oksiduojamos;
•gyvūnai negali sintetinti gliukozės iš riebalinių rūgščių, todėl skaidant vien tik riebalų rūgštis sunkiau palaikyti nekintamą gliukozės koncentraciją kraujyje ir aprūpinti smegenis energija;
•saugant energiją gliukozės monomerų forma, o ne polisacharido glikogeno, didėtų osmosinis slėgis ir ląstelės tūris didėtų.