Giải phóng năng lượng cho cơ thể bằng con đường kỵ khí - Đường phân kỵ khí

Thỉnh thoảng, khí oxy không đủ cho nhu cầu, vì thế sự phosphoryl-oxy hóa không xảy ra. Tuy nhiên ngay cả ở dưới điều kiện này, một lượng nhỏ năng lượng vẫn được cung cấp cho tế bào nhờ sự thoái hóa của carbohydrate giai đoạn đường phân, bởi vì các phản ứng hóa học để glucose thoái hóa thành pyruvic acid không đòi hỏi oxy.

Quá trình này gây lãng phí glucose nghiêm trọng bởi chỉ 24,000 calo được sử dụng để tổng hợp ATP khi chuyển hóa một phân tử glucose, điều này thể hiện chỉ hơn 3% tổng số năng lượng trong phân tử glucose. Tuy nhiên cách giải phóng năng lượng này với tế bào, còn được gọi là năng lượng yếm khí (anaerobic energy), có thể duy trì sự sống trong vài phút trong lúc oxy không thể được cung cấp đầy đủ.

Hình. Chuỗi các phản ứng hóa học gây ra quá trình đường phân.

Sự hình thành Lactic Acid trong đường phân kỵ khí Sự giải phóng năng lượng kỵ khí bổ sung. Định luật tác dụng khối lượng (The law of mass action) nói rằng sản phẩm cuối cùng của một phản ứng hóa học tích tụ dần trong môi trường phản ứng, tỷ lệ của phản ứng giảm dần và tiến tới 0. Hai sản phẩm cuối cùng của phản ứng đường phân là (1) pyruvic acid và (2) nguyên tử hydro gắn với NAD+ thành NADH and H+. Sự tích tụ của một hoặc cả hai chất này làm dừng lại quá trình đường phân và ngăn cản sự tổng hợp ATP. Khi số lượng của chúng tăng lên quá mức, hai sản phẩm cuối cùng phản ứng với nhau để tạo thành lactic acid theo phương trình sau:

Do đó dưới trạng thái kỵ khí, một phần lớn pyruvic acid sẽ chuyển thành lactic acid, nó dễ dàng khuyếch tán ra ngoài tế bào tới dịch ngoại bào và đi vào dịch nội bào của những tế bào ít hoạt động khác. Vì vậy lactic acid được ví như một loại “cống thoát nước” mà các sản phẩm cuối cùng của quá trình đường phân đều có thể biến mất, cho phép quá trình đường phân tiếp tục lâu hơn bình thường. Thật vậy, đường phân chỉ có thể xảy ra một vài giây nếu không có sự chuyển hóa này. Thay vào đó, nó có thể duy trì vài phút, cung cấp cho cơ thể một lượng bổ sung đáng kể ATP, ngay cả trong trường hợp thiếu hụt oxy.

Sự chuyển đổi từ Lactic Acid thành Pyruvic Acid khi oxy có mặt đầy đủ trở lại. Khi một người bắt đầu hô hấp trở lại sau một giai đoạn chuyển hóa yếm khí, lactic acid nhanh chóng chuyển về thành pyruvic acid và NADH cộng H+. Một phần lớn những chất này ngay lập tức được oxy hóa để tạo thành lượng lớn ATP. Sự dư thừa ATP này dẫn đến ba phần tư lượng pyruvic acid dư thừa còn lại được chuyển thành glucose.

Do vậy, một lượng lớn lactic acid được tổng hợp trong quá trình đường phân kỵ khí không mất đi khỏi cơ thể bởi vì khi oxy đầy đủ trở lại, lactic acid có thể chuyền về thành glucose hoặc được sử dụng chính xác để giải phóng năng lượng. Phần lớn sự chuyển đổi ngược lại này xảy ra ở trong gan, nhưng một phần nhỏ có thể xảy ra ở các mô khác.

Tim sử dụng lactic acid để cung cấp năng lượng. Cơ tim có khả năng đặc biệt là chuyển từ lactic acid thành pyruvic acid và sau đó sử dụng pyruvic acid để cung cấp năng lượng. Quá trình này xảy ra ở mức độ cao lúc hoạt động thể lực nặng , khi một lượng lớn lactic acid được giải phóng vào máu từ cơ, xương và được tiêu thụ như một nguồn năng lượng bổ sung của tim.