متابولیسم لاکتات و پیرووات

پیرووات محصول نهایی گلیکولیز است و لاکتات از آن زمانی تشکیل می‌شود که سلول کوفاکتور لازم برای ادامه گلیکولیز را بازسازی می‌کند. این دو در چهارراه نحوه تجزیه گلوکز قرار دارند و غلظت و نسبت آن‌ها در خون، تعادل بین متابولیسم هوازی و بی‌هوازی را گزارش می‌دهد.

Definition

لاکتات و پیرووات متابولیت‌های سه‌کربنه مرتبط گلیکولیز هستند که توسط لاکتات دهیدروژناز با جفت NAD+/NADH به یکدیگر تبدیل می‌شوند؛ سطوح و نسبت آن‌ها در خون، سرعت گلیکولیز و وضعیت ردوکس سیتوزولی را نشان می‌دهد.

Scope

این مدخل به تبدیل بیوشیمیایی پیرووات و لاکتات، آنچه نسبت لاکتات به پیرووات در مورد وضعیت ردوکس سلولی منعکس می‌کند، نحوه حرکت لاکتات بین بافت‌ها و مراقبت‌های پیش‌تحلیلی مورد نیاز برای اندازه‌گیری آن می‌پردازد. این یک موضوع بیوشیمی مرجع است و آستانه‌های تشخیصی یا راهنمایی درمانی برای هیچ فردی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• پیرووات و لاکتات چگونه به یکدیگر تبدیل می‌شوند و چه کوفاکتوری آن‌ها را به هم پیوند می‌دهد؟
• نسبت لاکتات به پیرووات چه چیزی را در مورد وضعیت ردوکس سلولی آشکار می‌کند؟
• چرا لاکتات صرفاً یک محصول زائد نیست، بلکه یک سوخت قابل انتقال است؟

Key concepts

• گلیکولیز و محصول نهایی آن پیرووات
• واکنش لاکتات دهیدروژناز
• جفت ردوکس NAD+/NADH
• نسبت لاکتات به پیرووات
• چرخه کوری
• شاتل لاکتات
• متابولیسم هوازی در مقابل بی‌هوازی

Mechanisms

گلیکولیز گلوکز را به پیرووات تبدیل می‌کند و NADH تولید می‌کند؛ برای ادامه گلیکولیز، لاکتات دهیدروژناز پیرووات را به لاکتات کاهش می‌دهد در حالی که NADH را به NAD+ اکسید می‌کند. این واکنش نزدیک به تعادل است، بنابراین نسبت لاکتات به پیرووات منعکس‌کننده نسبت NADH/NAD+ سیتوزولی است و زمانی که اکسیژن‌رسانی یا اکسیداسیون میتوکندریایی محدود باشد، افزایش می‌یابد. لاکتات یک بن‌بست نیست: از طریق چرخه کوری، کبد آن را دوباره به گلوکز تبدیل می‌کند، و شاتل لاکتات آن را بین و درون بافت‌ها به عنوان یک سوخت قابل اکسیداسیون و مولکول سیگنال‌دهنده حرکت می‌دهد، که لاکتات را به عنوان یک واسطه متابولیکی مرکزی به جای صرفاً یک ماده زائد بازتعریف می‌کند (Berg et al., 2015; Brooks, 2018).

Clinical relevance

لاکتات خون نشانگر تعادل بین اکسیداسیون گلوکز و گلیکولیز بی‌هوازی است و یک آنالیت مرجع در بیوشیمی متابولیک محسوب می‌شود. این مدخل توضیح می‌دهد که لاکتات و پیرووات از نظر بیوشیمیایی چه چیزی را نشان می‌دهند؛ اما نقاط برش تشخیصی یا راهنمایی مدیریتی را ارائه نمی‌دهد، که این موارد به عمل بالینی و دستورالعمل‌های جاری تعلق دارند.

History

خانواده کوری چرخه‌ای را توصیف کردند که در آن لاکتات ماهیچه به کبد بازگردانده شده و دوباره به گلوکز تبدیل می‌شود، و لاکتات را در متابولیسم کربوهیدرات کل بدن ادغام کردند. دیدگاه دیرینه لاکتات به عنوان یک محصول زائد بدهی اکسیژن توسط نظریه شاتل لاکتات بازنگری شد، که آن را به عنوان یک سوخت و سیگنال مشترک و قابل انتقال بازتعریف کرد (Brooks, 2018).

Debates

آیا لاکتات یک محصول زائد است یا یک سوخت و سیگنال اولیه؟

دیدگاه کلاسیک لاکتات را به عنوان یک محصول جانبی بن‌بست گلیکولیز بی‌هوازی در نظر می‌گرفت، اما نظریه شاتل لاکتات استدلال می‌کند که لاکتات به طور مداوم به عنوان یک سوبسترای اکسیداتیو و مولکول سیگنال‌دهنده در سراسر بافت‌ها تولید و مصرف می‌شود؛ این بازتفسیر فیزیولوژی ورزش و متابولیک را تغییر داده است.

Key figures

• Carl Cori
• Gerty Cori
• George A. Brooks
• Otto Meyerhof

Seminal works

• brooks-2018
• kraut-madias-2014

Frequently asked questions

چرا بدن پیرووات را به لاکتات تبدیل می‌کند؟

کاهش پیرووات به لاکتات، NAD+ مورد نیاز گلیکولیز را بازسازی می‌کند و به تجزیه گلوکز و تولید ATP اجازه می‌دهد تا زمانی که اکسیداسیون میتوکندریایی نمی‌تواند همگام شود، ادامه یابد.

آیا لاکتات فقط یک محصول زائد است؟

خیر. از طریق چرخه کوری و شاتل لاکتات، لاکتات بین بافت‌ها منتقل شده و به عنوان سوخت و مولکول سیگنال‌دهنده استفاده می‌شود، بنابراین بهتر است آن را به عنوان یک واسطه متابولیکی مرکزی در نظر گرفت.