ミトコンドリア乳酸代謝：運動と病気への歴史と意味

ミトコンドリア構造はおそらく1840年代に顕微鏡で観察されましたが、ミトコンドリア内の酸化的リン酸化（オックスフォス）の考え方は1930年代まで現れませんでした。エネルギーの研究の基礎は、O2大気の電気収縮から回復する分離された筋肉における乳酸の酸化に関するMeyerhofの実験から生じました。今日、ミトコンドリアは実際には網膜であり、電子ペアから放出されたエネルギーがNADHからO2に電子輸送チェーンに沿って通過するエネルギーが、ATPを再調整してATPシンターゼの分子機械に入ることができる膜電位とpHプロトンのpH勾配を生成することを知っています。乳酸は、解糖および酸化エネルギー代謝の交差点に立っています。報告された研究とシリコでの私たち自身のモデリングに基づいて、乳酸はミトコンドリアマトリックスで直接酸化されていないと主張します。代わりに、暫定的な解糖産物（ピルビン酸塩とNADH）は、乳酸デヒドロゲナーゼ（LDH）反応の産物と、マリン酸アスパラギン酸およびグリセロール3-リン酸シャトルの中間体との細胞質均衡に保持されています。この均衡は、グリコリティック生成物をオックスフォス用のミトコンドリアマトリックスに供給します。ミトコンドリアマトリックスのLDHは、細胞質/マトリックス酸化還元勾配と互換性がありません。その存在は、マトリックスを排出する電力を減らし、プロトンの動機を実質的に消散させます。Oxphosは最終的な電子受容体としてO2を必要としますが、運動やしばしば急性疾患を含むほとんどの状況ではO2供給で十分です。最近の研究では、大気中性酸素がミトコンドリア疾患の細胞性高酸素症を構成する可能性があることが示唆されています。研究が進むにつれて、適切な酸素化レベルを慎重に検討する必要があります。

Mitochondrial structures were probably observed microscopically in the 1840s, but the idea of oxidative phosphorylation (OXPHOS) within mitochondria did not appear until the 1930s. The foundation for research into energetics arose from Meyerhof's experiments on oxidation of lactate in isolated muscles recovering from electrical contractions in an O2 atmosphere. Today, we know that mitochondria are actually reticula and that the energy released from electron pairs being passed along the electron transport chain from NADH to O2 generates a membrane potential and pH gradient of protons that can enter the molecular machine of ATP synthase to resynthesize ATP. Lactate stands at the crossroads of glycolytic and oxidative energy metabolism. Based on reported research and our own modelling in silico, we contend that lactate is not directly oxidized in the mitochondrial matrix. Instead, the interim glycolytic products (pyruvate and NADH) are held in cytosolic equilibrium with the products of the lactate dehydrogenase (LDH) reaction and the intermediates of the malate-aspartate and glycerol 3-phosphate shuttles. This equilibrium supplies the glycolytic products to the mitochondrial matrix for OXPHOS. LDH in the mitochondrial matrix is not compatible with the cytoplasmic/matrix redox gradient; its presence would drain matrix reducing power and substantially dissipate the proton motive force. OXPHOS requires O2 as the final electron acceptor, but O2 supply is sufficient in most situations, including exercise and often acute illness. Recent studies suggest that atmospheric normoxia may constitute a cellular hyperoxia in mitochondrial disease. As research proceeds appropriate oxygenation levels should be carefully considered.