Šestý krok glykolýzy potřebuje NAD⁺ a buňka ho má jen hrstku. Každá glukóza z něj udělá dvě molekuly NADH, a kdyby se NADH pořád neměnilo zpátky na NAD⁺, glykolýza by se brzy zastavila. S kyslíkem ho vracejí mitochondrie. Bez kyslíku musí buňka elektrony z NADH uložit do pyruvátu, takže vznikne laktát. Kvasinky z pyruvátu nejdřív odštěpí oxid uhličitý a elektrony uloží do vzniklého acetaldehydu, takže vznikne ethanol. Obojímu se říká kvašení.
Jak hrát: posuvníkem pod obrázkem rozhoduješ, kolik pyruvátu poputuje do mitochondrií a kolik na laktát (u kvasinek na ethanol). Ovládat ho můžeš i šipkami na klávesnici. Nahoře vidíš kolotoč NAD⁺, vytížení mitochondrií a zásobu energie, dole průběh v čase i to, co buňku teprve čeká. Mitochondrie zvládnou jen tolik pyruvátu, kolik jim dovolí kyslík. Co nestihnou, čeká před nimi i se svým NADH, a když toho čeká moc, NAD⁺ dojde a glykolýza zabrzdí. Kvašení zvládne, kolik chceš, ale z jedné glukózy dá jen 2 ATP, z glukózy z glykogenu 3.
Co se tu doopravdy děje
NAD⁺ má buňka mnohem méně než glukózy, kterou za pár minut zpracuje, a tak by se glykolýza bez jeho vracení brzy zastavila. S kyslíkem vracejí NAD⁺ mitochondrie: elektrony z NADH projdou dýchacím řetězcem až na kyslík a pyruvát shoří na oxid uhličitý. Bez kyslíku je buňka uloží do pyruvátu. Lehninger tomu říká kvašení: buňka získá ATP, nespotřebuje kyslík a množství NAD⁺ ani NADH se nezmění. Červené krvinky, které mitochondrie nemají, vyrábějí laktát i za dostatku kyslíku. Kvasinky místo laktátu vyrábějí ethanol a oxid uhličitý.
Kvašení dá z jedné glukózy 2 ATP, spálení s mitochondriemi asi 30. Aby buňka bez kyslíku vyrobila stejné množství ATP, musí podle Lehningera zpracovat asi patnáctkrát víc glukózy. Louis Pasteur si u kvasinek všiml, že bez kyslíku spotřebují cukru mnohonásobně víc, a dnes se tomu říká Pasteurův efekt. Svaly při sprintu sáhnou do glykogenu. Glukóza z něj dá kvašením 3 ATP, protože ji sval nemusí fosforylovat pomocí ATP jako glukózu z krve. Laktát, který přitom vznikne, odnese krev do jater a tam se z něj v klidu znovu stane glukóza. Tomu koloběhu se říká Coriho cyklus. Kyslík, který tělo po námaze spotřebuje navíc, slouží ke splácení kyslíkového dluhu.
V mnoha nádorech podle Lehningera běží příjem glukózy a glykolýza zhruba desetkrát rychleji než ve zdravých tkáních. Většina nádorových buněk zpočátku roste s nedostatkem kyslíku, protože k nim ještě nevedou cévy, a Otto Warburg si ve dvacátých letech všiml, že nádory glykolýzu zrychlují i tam, kde kyslík mají. Na téhle závislosti stojí vyšetření PET: radioaktivně značená fluorodeoxyglukóza se v buňkách zachytí jako 6-fosfát a ukáže místa, kde se spotřebovává nejvíc glukózy. A proto se zkoumají i látky, které glykolýzu brzdí.
Ve hře o osudu pyruvátu rozhoduješ ty. V buňce to žádný posuvník nedělá: kolik pyruvátu skončí jako laktát, rozhodují koncentrace látek, kyslík a enzymy samy. Víc je v kapitole První rameno schodiště.
Hra vysvětluje princip a nikomu neradí s léčbou.
Vidíš chybu, nebo ti tu něco nesedí? Napiš mi →
Kup mi kafeZdroje
- Nelson D. L., Cox M. M., Hoskins A. A. Lehninger Principles of Biochemistry, 8. vyd. W. H. Freeman, 2021. Kap. 14.1: šestý krok a NAD⁺, kterého má buňka mnohem méně než glukózy a které se proto musí pořád vracet. Kap. 14.3: obr. 14-11 (tři osudy pyruvátu a vracení NAD⁺), Pasteurův a Warburgův efekt (30 nebo 32 ATP na glukózu s kyslíkem, asi patnáctkrát víc glukózy bez kyslíku), mléčné kvašení, červené krvinky bez mitochondrií a definice kvašení, alkoholové kvašení. Rámeček 14-1: nádory (v mnoha nádorech příjem glukózy a glykolýza asi desetkrát rychleji, nedostatek kyslíku, asi 30 ATP na glukózu s kyslíkem, tři inhibitory hexokinázy, fluorodeoxyglukóza a PET). Rámeček 14-2: sprint, splácení kyslíkového dluhu, Coriho cyklus, sportovec a aligátor. Kap. 23.2: glukóza z glykogenu dá svalu kvašením 3 ATP. E-kniha nemá tištěná čísla stran, citujeme proto oddíly, obrázky a rámečky.
- Pfeiffer T., Morley A. An evolutionary perspective on the Crabtree effect. Frontiers in Molecular Biosciences 1: 17, 2014. Pivovarské kvasinky (Saccharomyces cerevisiae) získají dýcháním asi 18 ATP z glukózy, kvašením 2; při vysoké koncentraci glukózy kvasí i se vzduchem (Crabtreeův efekt).
- Hra je zjednodušený model: o osudu pyruvátu rozhoduje hráč, mitochondrie zvládnou jen tolik, kolik jim dovolí kyslík, a pyruvát, který nestihnou, čeká i se svým NADH, takže NAD⁺ ubývá a glykolýza brzdí. Jedna glukóza dá kvašením 2 ATP (z glykogenu 3) a s mitochondriemi 30 ATP jako v rámečku 14-1, u kvasinek 18; simulace v kapitole počítá s horní Lehningerovou hodnotou 32. Poptávka po ATP, velikost zásob energie, NAD⁺, glykogenu a cukru, rychlost, s jakou přibývá kyslík, i dávky inhibitoru jsou ilustrační.