เมแทบอลิซึมของแลคเตตและไพรูเวต

ไพรูเวตเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการไกลโคไลซิส และแลคเตตจะถูกสร้างขึ้นจากไพรูเวตเมื่อเซลล์สร้างโคแฟกเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการดำเนินต่อไปของไกลโคไลซิส ทั้งสองสารนี้อยู่ ณ จุดเชื่อมต่อของการสลายกลูโคส และความเข้มข้นในเลือดรวมถึงอัตราส่วนของสารทั้งสองนี้บ่งบอกถึงความสมดุลระหว่างเมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจนและไม่ใช้ออกซิเจน

Definition

แลคเตตและไพรูเวตเป็นสารเมแทบอไลต์สามคาร์บอนที่เชื่อมโยงกันในกระบวนการไกลโคไลซิส โดยมีการเปลี่ยนรูปไปมาระหว่างกันด้วยเอนไซม์แลคเตตดีไฮโดรจีเนสร่วมกับคู่ NAD+/NADH; ระดับในเลือดและอัตราส่วนของสารทั้งสองนี้เป็นดัชนีของอัตราการเกิดไกลโคไลซิสและสถานะรีดอกซ์ในไซโตซอล

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมการเปลี่ยนรูปทางชีวเคมีระหว่างไพรูเวตและแลคเตต สิ่งที่อัตราส่วนแลคเตตต่อไพรูเวตสะท้อนถึงสถานะรีดอกซ์ของเซลล์ การเคลื่อนที่ของแลคเตตระหว่างเนื้อเยื่อ และการดูแลก่อนการวิเคราะห์ที่จำเป็นสำหรับการวัดค่า สารานุกรมนี้เป็นหัวข้อชีวเคมีอ้างอิงและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือแนวทางการรักษาสำหรับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Core questions

• ไพรูเวตและแลคเตตมีการเปลี่ยนรูปไปมาระหว่างกันอย่างไร และโคแฟกเตอร์ใดที่เชื่อมโยงสารทั้งสอง?
• อัตราส่วนแลคเตตต่อไพรูเวตเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับสถานะรีดอกซ์ของเซลล์?
• เหตุใดแลคเตตจึงไม่ใช่แค่ของเสีย แต่เป็นเชื้อเพลิงที่ขนส่งได้?

Key concepts

• ไกลโคไลซิสและผลิตภัณฑ์สุดท้ายไพรูเวต
• ปฏิกิริยาของเอนไซม์แลคเตตดีไฮโดรจีเนส
• คู่รีดอกซ์ NAD+/NADH
• อัตราส่วนแลคเตตต่อไพรูเวต
• วัฏจักรคอรี
• แลคเตตชัตเทิล
• เมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจนเทียบกับแบบไม่ใช้ออกซิเจน

Mechanisms

ไกลโคไลซิสเปลี่ยนกลูโคสเป็นไพรูเวต ซึ่งสร้าง NADH; เพื่อให้ไกลโคไลซิสดำเนินต่อไป เอนไซม์แลคเตตดีไฮโดรจีเนสจะรีดิวซ์ไพรูเวตเป็นแลคเตตพร้อมกับออกซิไดซ์ NADH กลับเป็น NAD+ ปฏิกิริยานี้ใกล้เคียงกับภาวะสมดุล ดังนั้นอัตราส่วนแลคเตตต่อไพรูเวตจึงสะท้อนอัตราส่วน NADH/NAD+ ในไซโตซอลและจะเพิ่มขึ้นเมื่อการส่งออกซิเจนหรือการออกซิเดชันในไมโทคอนเดรียถูกจำกัด แลคเตตไม่ใช่สารที่ไร้ประโยชน์: ผ่านวัฏจักรคอรี ตับจะเปลี่ยนแลคเตตกลับเป็นกลูโคส และกลไกแลคเตตชัตเทิลจะเคลื่อนย้ายแลคเตตระหว่างและภายในเนื้อเยื่อในฐานะเชื้อเพลิงที่สามารถออกซิไดซ์ได้และโมเลกุลส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นการปรับความเข้าใจเกี่ยวกับแลคเตตให้เป็นสารตัวกลางเมแทบอลิซึมที่สำคัญ แทนที่จะเป็นเพียงของเสีย (Berg et al., 2015; Brooks, 2018)

Clinical relevance

แลคเตตในเลือดเป็นตัวบ่งชี้ความสมดุลระหว่างการออกซิเดชันของกลูโคสและไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน และเป็นสารวิเคราะห์อ้างอิงในชีวเคมีเมแทบอลิซึม เนื้อหานี้อธิบายว่าแลคเตตและไพรูเวตมีความหมายทางชีวเคมีอย่างไร; ไม่ได้ให้จุดตัดสำหรับการวินิจฉัยหรือแนวทางการจัดการ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการปฏิบัติทางคลินิกและแนวทางปฏิบัติปัจจุบัน

History

คอรีได้อธิบายวัฏจักรที่แลคเตตจากกล้ามเนื้อถูกส่งกลับไปยังตับและเปลี่ยนกลับเป็นกลูโคส ซึ่งเป็นการรวมแลคเตตเข้ากับเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรตทั่วร่างกาย มุมมองที่ยึดถือมานานว่าแลคเตตเป็นของเสียจากภาวะขาดออกซิเจนได้รับการปรับปรุงโดยทฤษฎีแลคเตตชัตเทิล ซึ่งเปลี่ยนบทบาทของแลคเตตให้เป็นเชื้อเพลิงและสัญญาณที่สามารถขนส่งและใช้ร่วมกันได้ (Brooks, 2018)

Debates

แลคเตตเป็นของเสียหรือเป็นเชื้อเพลิงและสัญญาณหลัก?

มุมมองแบบดั้งเดิมถือว่าแลคเตตเป็นผลพลอยได้ที่ไร้ประโยชน์จากการไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน แต่ทฤษฎีแลคเตตชัตเทิลโต้แย้งว่าแลคเตตถูกผลิตและบริโภคอย่างต่อเนื่องในฐานะสารตั้งต้นออกซิเดทีฟและโมเลกุลส่งสัญญาณในเนื้อเยื่อต่างๆ การตีความใหม่นี้ได้ปรับเปลี่ยนสรีรวิทยาของการออกกำลังกายและเมแทบอลิซึม

Key figures

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

Seminal works

• brooks-2018
• kraut-madias-2014

Frequently asked questions

ทำไมร่างกายจึงเปลี่ยนไพรูเวตเป็นแลคเตต?

การรีดิวซ์ไพรูเวตเป็นแลคเตตจะสร้าง NAD+ ที่ไกลโคไลซิสต้องการขึ้นใหม่ ทำให้การสลายกลูโคสและการผลิต ATP ดำเนินต่อไปได้เมื่อการออกซิเดชันในไมโทคอนเดรียไม่สามารถตามทันได้

แลคเตตเป็นแค่ของเสียหรือไม่?

ไม่ ผ่านวัฏจักรคอรีและแลคเตตชัตเทิล แลคเตตจะถูกขนส่งระหว่างเนื้อเยื่อและใช้เป็นเชื้อเพลิงและโมเลกุลส่งสัญญาณ ดังนั้นจึงควรมองว่าเป็นสารตัวกลางเมแทบอลิซึมที่สำคัญ