Метаболизм лактата и пирувата

Пируват является конечным продуктом гликолиза, а лактат образуется из него, когда клетка регенерирует кофактор, необходимый для продолжения гликолиза. Вместе они находятся на перекрестке путей расщепления глюкозы, а их концентрации и соотношение в крови отражают баланс между аэробным и анаэробным метаболизмом.

Definition

Лактат и пируват — это связанные трех-углеродные метаболиты гликолиза, взаимопревращающиеся под действием лактатдегидрогеназы с участием пары NAD+/NADH; их уровни и соотношение в крови индексируют скорость гликолиза и цитозольный окислительно-восстановительный статус.

Scope

Статья охватывает биохимическое взаимопревращение пирувата и лактата, то, что соотношение лактат-пируват отражает клеточный окислительно-восстановительный статус, как лактат перемещается между тканями, а также преаналитический уход, необходимый для его измерения. Это тема справочной биохимии, и она не предоставляет диагностических порогов или рекомендаций по лечению для какого-либо конкретного человека.

Core questions

• Как пируват и лактат взаимопревращаются, и какой кофактор их связывает?
• Что соотношение лактат-пируват показывает о клеточном окислительно-восстановительном статусе?
• Почему лактат является не просто продуктом распада, а транспортируемым топливом?

Key concepts

• Гликолиз и его конечный продукт пируват
• Реакция лактатдегидрогеназы
• Окислительно-восстановительная пара NAD+/NADH
• Соотношение лактат-пируват
• Цикл Кори
• Лактатный челнок
• Аэробный и анаэробный метаболизм

Mechanisms

Гликолиз превращает глюкозу в пируват, генерируя NADH; для поддержания гликолиза лактатдегидрогеназа восстанавливает пируват до лактата, одновременно реокисляя NADH до NAD+. Реакция находится вблизи равновесия, поэтому соотношение лактат-пируват отражает цитозольное соотношение NADH/NAD+ и возрастает, когда ограничена доставка кислорода или митохондриальное окисление. Лактат не является тупиковым продуктом: через цикл Кори печень снова превращает его в глюкозу, а лактатный челнок перемещает его между тканями и внутри них как окисляемое топливо и сигнальную молекулу, переосмысливая лактат как центральный метаболический промежуточный продукт, а не просто отход (Berg et al., 2015; Brooks, 2018).

Clinical relevance

Лактат крови является маркером баланса между окислением глюкозы и анаэробным гликолизом и является референтным аналитом в метаболической биохимии. Данная статья объясняет, что лактат и пируват представляют собой биохимически; она не предоставляет диагностических пороговых значений или рекомендаций по лечению, которые относятся к клинической практике и текущим рекомендациям.

History

Кори описали цикл, в котором мышечный лактат возвращается в печень и снова превращается в глюкозу, интегрируя лактат в общесистемный углеводный метаболизм. Долгое время существовавшее представление о лактате как о продукте распада, связанном с кислородным долгом, было пересмотрено теорией лактатного челнока, которая переосмыслила его как общее, транспортируемое топливо и сигнал (Brooks, 2018).

Debates

Является ли лактат продуктом распада или основным топливом и сигналом?

Классическая точка зрения рассматривала лактат как тупиковый побочный продукт анаэробного гликолиза, но теория лактатного челнока утверждает, что он постоянно производится и потребляется как окислительный субстрат и сигнальная молекула в различных тканях; эта переинтерпретация изменила физиологию физических упражнений и метаболизма.

Key figures

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

Seminal works

• brooks-2018
• kraut-madias-2014

Frequently asked questions

Почему организм превращает пируват в лактат?

Восстановление пирувата до лактата регенерирует NAD+, необходимый для гликолиза, позволяя расщеплению глюкозы и производству АТФ продолжаться, когда митохондриальное окисление не может поддерживать темп.

Является ли лактат просто продуктом распада?

Нет. Через цикл Кори и лактатный челнок лактат транспортируется между тканями и используется как топливо и сигнальная молекула, поэтому его лучше рассматривать как центральный метаболический промежуточный продукт.