2 ก.พ. เวลา 18:07 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
*** เนื่องจากบทความนี้ที่ลงเมื่อคืนมีข้อผิดพลาดในเนื้อหา ต้องกราบขออภัยผู้อ่านทุกท่านและขอขอบคุณเพื่อนสมาชิกที่ช่วยกันทักท้วงครับ ***
8
** และก็ไม่อยากให้เป็นการชี้นำว่าให้เลิกบริโภคน้ำตาล ยังไงก็ควรเลือกบริโภคให้เหมาะสม ทานอาหารให้ครบทุกหมู่ครับ **
ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถไขปริศนากว่า 100 ปี ว่าทำไมเซลล์มะเร็งถึงเลือกใช้วิธีการย่อยน้ำตาลให้เป็นพลังงานโดยกระบวนการหมักแทนที่จะใช้กระบวนการหายใจแบบเซลล์ปกติ
1
เซลล์มะเร็งพวกมันต้องการอาหารซึ่งก็คือน้ำตาลกลูโคสเป็นจำนวนมาก แต่ก็เป็นที่น่าแปลกใจว่าทำไมพวกมันเลือกวิธีย่อยน้ำตาลที่มีประสิทธิภาพการให้พลังงานต่ำ
ก่อนเล่าต่อขอย้อนถึงกระบวนการที่เซลล์ต่าง ๆ ในร่างการเราใช้เปลี่ยนอาหารซึ่งในที่นี้คือน้ำตาลกลูโคสให้กลายมาเป็นพลังงานเพื่อให้เซลล์และร่างกายของเราใช้ทำกิจกรรมต่าง ๆ ได้
6
กระบวนการนี้ก็คือกระบวนการ "หายใจ" ของเซลล์หรือ Cellular respiration เป็นกระบวนการทางเคมีที่ใช้ออกซิเจนและน้ำตาลกลูโคสเป็นสารตั้งต้นกระบวนการซึ่งได้ผลลัพธ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และโมเลกุล ATP ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้กับเซลล์
2
Cellular respiration
โดยกระบวนการนี้เริ่มจากการแปลงโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสให้กลายเป็นไพรูเวต (pyruvate) ผ่านกระบวนการ Glycolysis ซึ่งจะให้พลังงานออกมาในรูป ATP และ NADH อย่างละ 2 หน่วย (ซึ่ง NADH มาจาก NAD+ เข้าทำปฎิกิริยา โดย NADH กับ NAD+ นั้นจะถูก regenerate ผ่านกระบวนการ Fermentation และ Glycolysis)
กระบวนการ Glycolysis
ซึ่งถ้าหากเซลล์อยู่ในสภาวะที่มีออกซิเจนเพียงพอ pyruvate จะถูกนำเข้าไปยังไมโทคอนเดรียอวัยวะที่เปรียบเหมือนโรงไฟฟ้าของเซลล์ซึ่งที่นี่ pyruvate จะถูกนำไปแปลงเป็นพลังงานผ่านวัฎจักร Kerbs ซึ่งจะให้ ATP ออกมา 36-38 หน่วย
1
ดังนั้นพลังงานส่วนใหญ่ที่เซลล์เราได้จากการแปลงกลูโคสให้เป็นพลังงานนั้นเกิดขึ้นที่ไมโทคอนเดรียนี้
และถ้าหากเกิดสภาวะที่เซลล์ขาดออกซิเจนอย่างเช่นเวลาเราออกกำลังการหนัก ๆ ออกซิเจนส่งมาไม่ท้น pyruvate ที่ได้จากกระบวนการ Glycolysis นี้จะถูกนำเข้าสู่กระบวนการ Fermentation เพื่อ Regenerate NAD+ โดยได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นกรดแลกติกซึ่งทำให้เกิดอาการเมื่อยล้าในเซลล์กล้ามเนื้อนั่นเอง
10
Lactic acid fermentation มีความสัมพันธ์กับ Glycolysis
ดังนั้นหากน้ำตาลกลูโคสถูกนำมาแปลงเป็นพลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือ Anaerobic แล้วนั้นพลังงานที่ได้ออกมาจะน้อยกว่ามาก
เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว 1 โมเลกุลน้ำตาลนั้นหากแปลงเป็นพลังงานด้วยกระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะได้ ATP 36-38 หน่วยแต่หากแปลงด้วยกระบวนการ Fermentation จะให้ ATP แค่ 2 หน่วยเท่านั้น
1
ตารางเปรียบเทียบกระบวนการแปลงกลูโคสให้เป็นพลังงานภายในเซลล์ 2 รูปแบบ
แต่ทำไมเซลล์มะเร็งถึงเลือกที่จะย่อยน้ำตาลด้วยกระบวนการ Lactic acid fermentation หรือ Anaerobic ที่ให้พลังงานน้อยกว่ามาก??
3
ย้อนกลับไปในปี 1920 นักเคมีชาวเยอรมัน Otto Warburg ได้ค้นพบว่าค้นพบว่าเซลล์มะเร็งมักจะสร้างพลังงาน (ATP) โดยใช้วิถีไกลโคไลซิส (glycolysis pathway) เป็นหลัก แม้ว่าจะอยู่ในสภาวะที่มีออกซิเจนก็ตามอันเป็นที่รู้จักกันในชื่อ Warburg effect ซึ่งสร้างความงงงวยให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานนับศตวรรษ
16
งงจังทำไมหนอ
เพราะเซลล์มะเร็งนั้นมันจะแบ่งตัวขยายจำนวนอย่างไร้การควบคุม พวกมันจึงต้องการอาหารออกซิเจนและพลังงานมากกว่าเซลล์ปกติ แต่ทำไมพวกมันเลือกวิธีแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพต่ำนี้
3
มาวันนี้ทีมนักวิจัยจาก MIT อาจจะค้นพบคำตอบแล้วว่าทำไม
ซึ่งก็ต้องกลับมาดูที่รายละเอียดของกระบวนการ Lactic acid fermentation ในเซลล์ของเรา
3
Lactic acid fermentation
กระบวนการนี้นอกจากจะได้ ATP แล้วจะมีโมเลกุล NAD+ หรือ Nicotinamide adenine dinucleotide เกิดขึ้นด้วยในกระบวนการ regenerate NAD และเจ้าโมเลกุลนี้นี่เองคือตัวแปรสำคัญที่ทำให้เซลล์มะเร็งเลือกที่จะย่อยน้ำตาลด้วยระบวนการ Fermentation
4
โดยในการทดลองทีมได้ใช้วิธีกระตุ้นการสร้าง pyruvate dehydrogenase complex หรือ PDH ซึ่งสารตั้งต้นของวัฎจักร Kerbs ในไมโทคอนเดรีย ทำให้เซลล์มะเร็งเกิด Fermentation น้อยลงส่งผลให้อัตราส่วน NAD+ต่อ NADH ลดลง ซึ่งก็จะทำการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งหยุดซะงัก
20
เพราะ NAD+ นั้นจะไปจับกับอิเล็คตรอนอิสระที่เกิดขึ้นจากการผลิตสารพันธุกรรมและโปรตีนจำนวนมากที่เกิดขึ้นในเซลล์มะเร็งทำให้พวกมันขยายจำนวนได้อย่างมากมายนั่นเอง
หากต้องการ NAD+ เซลล์ต้องเพิ่มอัตรา Fermentation
และการที่สัดส่วน NAD+/NADH ลดลงนี้ยังทำให้ความต่างศักย์ที่ผนังไมโทคอนเดรียสูงขึ้นส่งผลให้การถ่ายเทอิเล็คตรอนและ NAD+ regeneration ลดลง
แต่เมื่อทีมทำการให้ NAD+ กับเซลล์ทดแทนด้วยวิธีอื่น จะทำให้สัดส่วน NAD+/NADH กลับมาสมดุลย์จนทำให้เซลล์มะเร็งกลับเพิ่มปริมาณและกลับมาแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็วอีกครั้ง
4
ดังนั้นทีมจึงตั้งสมมติฐานว่าเซลล์มะเร็งจะเลือกที่จะเข้าสู่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนถึงแม้จะยังมีออกซิเจนเหลือเฟือก็ตาม เมื่อความต้องการ NAD+ มากกว่า ATP (ตามชาร์ทด้านบน)
ในเซลล์ทั่วไปนั้นสามารถเกิดกระบวนการได้ทั้ง aerobic and anaerobic respiration ขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจน และงานวิจัยล่าสุดพบว่าเซลล์มะเร็งมันเลือกเข้าสู่กระบวนการ anaerobic ด้วยเหตุผลอื่น
ซึ่งก็เป็นเหตุผลว่าทำไมพวกมันเลือกเข้ากระบวนการ Fermentation เพราะมันไม่ได้ต้องการแค่พลังงานแต่ต้องการรักษาสมดุลย์ของ NAD+/NADH เพื่อที่จะทำให้การสังเคราะห์ DNA และโปรตีนปริมาณมากเป็นไปอย่างราบรื่น ซึ่งจะทำให้พวกมันสามารถเจริญเติบโตและแบ่งเซลล์ได้อย่างรวดเร็วมากนั่นเอง
12
การไขปริศนาของการเลือกวิธีการแปลงน้ำตาลเป็นพลังงานของเซลล์มะเร็งนี้จะช่วยให้เราเข้าใจเซลล์มะเร็งมากยิ่งขึ้น
5
และน่าจะช่วยนำไปสู่หนทางการรักษาโรคมะเร็งในอนาคต . . .
2

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
    Tong Pongsakorn
    สนับสนุน20 เพชร
    ดาวน้อยทิรา
    เพิ่งรู้ว่าเซลล์มะเร็งใช้น้ำตาลเป็นอาหาร😅😅 ติดตามค่าา