דלקים מטבוליים לייצור אנרגיה תאית (ATP)

© אוסף המאמרים הנו מקורי וחלים עליו זכויות יוצרים.
© אוסף זה משמש לעיון ולמידה וכן כמאגר מידע לכתיבה אקדמית נוספת.
© ניתן לצטט מהמאמרים תוך מתן קרדיט מלא לכותבים כמקובל בציטוט אקדמי.
© בציטוט תרגומים יש לציין גם את מקור התרגום.

הפחמימה הנה אחד הדלקים המטבוליים החשובים לפעילות גופנית ולמעשה הדלק המטבולי העיקרי בו ניתן להשתמש בעצימות אנאירובית. הרבה מיתוסים סובבים סביב פרוק הפחמימות בשריר סביב תוצרי הפרוק של תהליך זה. מאמר זה בא לעשות קצת סדר בנושא.

הגלוקוז מאוחסן ברובו בכבד ומגיע דרך מחזור הדם אל השריר. בנוזל התוך תאי של השריר (מיופלסמה) יכול הגלוקוז להפוך לגילקוגן (מחסן אנרגטי זמין בשריר) או להתפרק ל־2 מולקולות של פירובט. תהליך זה מייצר 2 מולקולות של ATP ו־2 מולקולות של +NADH. הפירובט נכנס למיטוכונדריון באמצעות שלב מקדים המתרחש בקרומו במהלכו הוא הופך לאצטיל CoA. שלב זה גורם לייצור 2 מולקולות נוספות של NADH+ ולפליטה של 2 אטומי פחמן. פחמן זה מסולק ע"י החמצן בצורת מולקולות CO₂. כמות גבוהה מידי של מולקולות NADH+ מצמצמת את יכולת פרוק הגלוקוז לפירובט בגלל מפלי ריכוזים. לכן חלק ממולקולות הפירובט מתחברות חזרה למולקולות +NADH כדי להוריד את כמות מולקולות אלו במיופזמה. בסופו של תהליך זה נוצר לקטט. למעשה באופן זה, מאפשר הלקטט ייצור מוגבר יותר של ATP בתהליך האנאירובי. עם הירידה בעצימות הפעילות ובכמות ה־NADH+ מתפרק הלקטט חזרה לפירובט ו־NADH+ באמצעות Lactate Dehydroginas - LDH. מולקולת ה־NADH+ מפונה ע"י החמצן בצורה של מים (H₂O) והפירובט שנשאר הופך גם הוא לאצטיל CoA ונכנס למיטוכונדריון. כך, למעשה משמש הלקטט כדלק מטבולי משמעותי ביותר במהלך ההתאוששות. ראוי לציין כי עודפי לקטט (עד כ־25%) יוצאים מהשריר ומגיעים דרך הדפ אל הלב ואל שרירים הפעולים בזמן זה בעצימות נמוכה ומהווים של דלק מטבולי משמעותי.

בתוך המיטוכונדריון נכנס אצטיל CoA למעגל קרבס (מעגל חומצת לימון) הנמצא במטריקס של המיטוכונדריון. במעגל זה הוא עובר סדרה של 10 תהליכים שונים שבסופם נוצרות 2 מולקולות של ATP. בנוסף נוצרות 6 מולקולות של NADH+ יחד עם 2 מולקולות של FADH2 ולפליטת 4 מולקולות של CO₂.

מולקולות ה־NADH+ וה־FADH2 ממשיכות אל שרשרת הנשימה הממוקמת על פני הקרום הפנימי של המיטוכונדריון. משאבות חלבוניות מעבירות מולקולות אלו אל המרחב שבין הקרום הפנימי לקרום החיצוני של המיטוכונדירון שם יוני המימן מתנתקים ממולקולות אלו. יוני המימן שואפים לחזור אל המטריקס של המיטוכונדריון הודות למפל הריכוזים. מעבר זה של יוני המימן מפעיל את חלבוני ה־ATP Kinase המקפלים פוספאט (P) יחד עם מולקולת ADP כדי ליצור מולקולת ATP חדשה. במצב האידיאלי, תהליך זה מייצר 32 מולקולות ATP (3 מולקולות ATP לכל מולקולת NADH+ ו־2 מולקולות ATP לכל מולקולת FADH2). יחד עם זאת, נמצא כי במאמץ גבוה בו מפל הריכוזי יוני המימן משמעותי, יעילותו של תהליך זה יורדת ולעיתים הייצור יכול לרדת אף ל־29 מולקולות ATP (כ־2.5 מולקולות ATP לכל מולקולת NADH+) בגלל זליגה של חלק מיוני המימן אל המטריקס ללא הפעלת ה־ATP Kinase. בסופו של התהליך יוני המימן מתחברים למולקולות חמצן (מיום – הידרוליזה) ויוצרים יחד מים (H₂O).

עד 25% מהלקטט יכול לצאת כאמור למערכת הדם. לקטט זה נקלט בשרירי השלד האחרים הפעילים פחות, בשריר הלב ובכבד. בשרירי השלד האחרים ובשריר הלב עובר הלקטט פרוק ע"י ה־LDH לפירובט ול־NADH+. ה־NADH+ מפונה ע"י החמצן (H₂O) והפירובט הופך לאצטיל CoA ונכנס למעגל קרבס במיטוכונדריון. הלקטט שנקלט בכבד הופך לגלוקוז ונאגר בו כעתודה אנרגטית. לעלייה בריכוז הלקטט בשריר יש השפעות חיוביות נוספות כגון גירוי יצירת מיטוכנודריה נוספות. גם לעליית ריכוזו בדם השפעות חיוביות כגון הגברת הפרשת מולקולות VEGF (vascular endothelial growth factor) השייכות לקבוצת גורמי ייצור של כלי דם (Angiogenesis/ pro-angiogenic) וקשרים נוירולוגיים (neurogenesis).

דלקים מטבוליים נוספים (שומנים וחלבונים)

דלקים מטבוליים נוספים כגון שומנים (גליצרול וגליצרידים) וחלבונים (חומצות אמינו). יכולים להכנס אל המיופלסמה. דלקים מטבוליים אלו לא עוברים גליקוליזה ולכן נחשבים לדלקים אירוביים בלבד. המשמעות הנוספת היא שהם מפיקים מראש 4 מולקולות NADH+ ו־2 מולקולות ATP פחות מהגלוקוז העושה זאת בתהליך הגליקוליזה.

חלק מהחלבונים הנכנסים אל המיופלסמה עשויים לעבור תהליכי גלוקוניאוגנסיס אשר בסופם נוצרת מולקולת פירובט. האלנין הדורש שלב אחד בלבד כדי הפוך לפירובט הנו אחת דוגמאות לחלבון כזה.

השומנים הנכנסים למיופלסמה נחלקים לשתי קבוצות (גליצרול וגליצריד). עודפי הגלוקוז הנכנסים לתא השריר יכולים להיאגר בתוכו כטריגליצרידים (גליצרול ו־3 גליצרידים). טריגליצרידים אלו יכולים להתפרק חזרה למרכיביהם ולשמש כדלק מטבולי. הגליצרול יכול להפוך לחומצה פירובית בדומה לחלבונים בתהלים גלוקוניאוגנסיס. הגליצריד לעומת זאת הופך ישירות לאצטיל CoA באמצעות תהליך β-Oxidation ומדלג בכך על שלב הפירובט. דילוג זה גורם להפקה של 2 מולקולות NADH+ פחות מהגליצרול.

שאר התהליכים זהים לכל הדלקים המטבוליים.

חומר למחשבה

• תהליך ייצור ה־ATP לא יניב תמיד 36 מולקולות ATP בעיקר כשמדובר במאמצים עצימים אלא בין 36-31 ולכן ניתן להתייחס ל־34 כממוצע.
• החלבונים והשומנים נעדרים את היכולת לבצע פירוק אנאירובי (הגליקוליזה מבוצעת באמצעות פירוק גלוקוז בלבד).
• הלקטט אם כן אינו גורם לעייפות אלא סמן בלבד לתהליכים המטבוליים.
• לעלייה בריכוזי הלקטט יש גם השפעות בריאותיות חיוביות על מערכת הדם ומערכת העצבים.

צפה בהרצאה בנושא מסלולי אספקת אנרגיה.