دورة كريبس والتوازن

تعتبر دورة كريبس ، التي سميت على اسم عالم الكيمياء الحيوية الألماني البريطاني هانز أدولف كريبس ، جزءًا أساسيًا من عملية التمثيل الغذائي الخلوي.

لكي تنمو الخلايا وتؤدي وظائفها في الجسم ، يتعين عليها استقلاب الجلوكوز لإنتاج الطاقة. يمكنهم بعد ذلك استخدام هذه الطاقة لتجميع الجزيئات العضوية التي يحتاجها الجسم ووظائف محددة مثل الحركة فيها خلايا العضلات أو الهضم في المعدة. في عام 1937 ، اكتشف كريبس تفاعل دورة كريبس ، المعروف أيضًا باسم دورة حمض الستريك ، والذي يشكل جزءًا كبيرًا من عملية التمثيل الغذائي هذه.

في سياق تقسيم واستقلاب جزيئات الجلوكوز ، يتعين على الخلايا التأكد من أن العديد من متغيرات الجسم مثل درجة الحرارة ونبض القلب والتنفس يتم الحفاظ عليها عند مستويات ثابتة. التوازن يصف العملية التي تنظم بها الخلايا تأثيرات الهرمونات والإنزيمات والتمثيل الغذائي للحفاظ على عمل الجسم بشكل صحيح ، ضمن حدود آمنة.

كجزء من ايض الجلوكوز، يساعد تنظيم دورة كريبس الخلايا على استتبابها.

تتغذى الكائنات الحية المتقدمة على العناصر الغذائية وتستقلبها حتى تتمكن من القيام بأنشطتها الطبيعية. المصدر الرئيسي للطاقة الأيضية هو تكسير الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود الأكسجين.

للحفاظ على التوازن ، يجب تنظيم مستويات الجلوكوز والأكسجين ومنتجات التمثيل الغذائي بإحكام. كل خطوة من خطوات عملية التمثيل الغذائي ، بما في ذلك دورة كريبس خطوات ، تساعد في تنظيم المواد العضوية التي تتحكم فيها.

تشمل خطوات التمثيل الغذائي الرئيسية ما يلي:

• الهضم

1. يتم إدخال الطعام في تجويف الفم. يبدأ تكسير الكربوهيدرات باللعاب.
2. يدخل الطعام المبتلع إلى المعدة. تزيد عصارات المعدة من هضم الطعام.
3. يتم تقسيم الكربوهيدرات المعقدة إلى جلوكوز والمنتجات الثانوية الأخرى في الأمعاء. يتم امتصاص الجلوكوز عن طريق جدران الأمعاء ويدخل مجرى الدم.

• التنفس الخلوي

1. يتم ضخ الدم بالأكسجين من الرئتين والجلوكوز من الأمعاء إلى الشعيرات الدموية حيث ينتشر الأكسجين والجلوكوز في الخلايا الفردية.
2. داخل كل خلية ، يسمى تفاعل كيميائي تحلل السكر يقسم جزيئات الجلوكوز وينتج الإنزيمات والجزيئات الحاملة للطاقة تسمى ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين).
3. ال خطوات دورة كريبس استخدام بعض الإنزيمات التي ينتجها تحلل السكر لإنتاج إنزيمات إضافية ، ومزيد من ATP وثاني أكسيد الكربون.
4. تدخل الإنزيمات التي ينتجها تحلل السكر ودورة كريبس إلى سلسلة نقل الإلكترون وتنتج عددًا كبيرًا من جزيئات ATP. تتحد نواتج تفاعل الهيدروجين النهائي مع الأكسجين لتكوين الماء.

• إزالة

1. ينتشر ثاني أكسيد الكربون والماء خارج الخلايا في مجرى الدم ويتم تمريرهما مرة أخرى إلى القلب عبر الأوردة.
2. يتم ضخ الدم من خلال الرئتين القضاء على ثاني أكسيد الكربون ومن خلال الكلى القضاء على المياه الفائضة.

لكل خطوة ، يجب على الجسم وأعضائه وخلاياه الحفاظ على متغيرات الجسم مثل درجة الحرارة ومستويات الجلوكوز وضغط الدم ثابتة عند المستويات الطبيعية. يتم التحكم في هذا التنظيم المتماثل من خلال عمل الهرمونات والإنزيمات المطلوبة لكل خطوة من خطوات التمثيل الغذائي.

إذا كان هناك الكثير أو القليل جدًا من مادة معينة ، فإن الإنزيم سيسرع أو يبطئ خطوات التمثيل الغذائي المقابلة حتى يتم إنشاء التوازن مرة أخرى.

الجلوكوز هو المدخل الرئيسي للتنفس الخلوي ويتم استخدام منتجاته الثانوية في دورة كريبس. يجب التحكم في مستوى الجلوكوز في الدم ضمن نطاق ضيق. إذا لم يكن هناك ما يكفي من الجلوكوز الذي يصل إلى الخلايا ، فلن يكون بإمكانها استخدام التنفس الخلوي ودورة كريبس كمصدر للطاقة. بدلاً من ذلك ، قد يبدأون في تكسير الدهون أو حتى الأنسجة العضلية.

قد يكون وجود الكثير من الجلوكوز في الدم ضارًا أيضًا. أولاً ، يحاول الجسم التخلص من الجلوكوز الزائد عن طريق إزالته من الدم في الكلى والتخلص منه عن طريق البول. يؤدي التبول المفرط إلى جفاف الجسم وزيادة تركيز الجلوكوز في الدم. إذا أصبح مستوى الجلوكوز مرتفعًا جدًا ، فقد يقع الفرد في غيبوبة.

يتحكم البنكرياس في تنظيم الجلوكوز.

إذا كان مستوى الجلوكوز في الدم مرتفعًا جدًا ، فإن البنكرياس يطلق الأنسولين في مجرى الدم. يعزز الأنسولين استخدام الجلوكوز في الخلايا ويساعد في التنفس الخلوي. ثم ينخفض ​​مستوى الجلوكوز في الدم. إذا كان مستوى الجلوكوز منخفضًا جدًا ، فإن البنكرياس يرسل إشارات للكبد لإفراز المزيد من الجلوكوز. الكبد قادر على تخزين الجلوكوز الزائد وإطلاقه للمساعدة في الحفاظ على توازن الجلوكوز.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لدورة كريبس في تحويل الإنزيمات التي تستخدمها سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج الطاقة. الدورة قائمة بذاتها من حيث أنها تعيد استخدام المواد الكيميائية المكونة لها في تسلسل متكرر باستمرار. يتم تغيير الإنزيمات NAD و FAD إلى جزيئات عالية الطاقة NADH و FADH₂ يمكنها تشغيل سلسلة نقل الإلكترون.

تتكون دورة كريبس من الخطوات التالية:

1. تدخل جزيئات البيروفات التي تم إنشاؤها عن طريق تقسيم الجلوكوز أثناء تحلل السكر إلى ميتوكوندريا الخلية حيث يقوم أحد الإنزيمات بتأيضها إلى أسيتيل CoA لبدء دورة كريبس.
2. تتحد مجموعة الأسيتيل مع أوكسالو أسيتات رباعي الكربون لتشكيل أ سترات.
3. تفقد السترات جزيئي كربون لتكوين جزيئين من ثاني أكسيد الكربون ، باستخدام الطاقة من الروابط المكسورة لإنتاج جزئين NADH الجزيئات.
4. يتم تجديد جزيء أوكسالو أسيتات ، مما ينتج عنه FADH₂ جزيء وجزيء NADH آخر.
5. ال أوكسالو أسيتات الجزيء متاح لدورة أخرى في بداية سلسلة جديدة من التفاعلات.
6. NADH و FADH₂ تهاجر الجزيئات إلى الغشاء الداخلي للميتوكوندريا حيث تعمل على سلسلة نقل الإلكترون.

من خلال دورها في التنفس الخلوي، تؤثر دورة كريبس على توازن الجلوكوز. من خلال تنظيم استقلاب الجلوكوز ، يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في التوازن العام في الجسم.

تساعد الإنزيمات التي يتم إنتاجها أثناء التنفس الخلوي في الحفاظ على توازن الخلايا.

هناك حاجة إلى جزيئات مثل NAD و FAD لدورة كريبس وسلسلة نقل الإلكترون للمضي قدمًا. تعمل الإنزيمات الإضافية على تسريع أو إبطاء دورة كريبس اعتمادًا على إشارات الخلية. ترسل الخلايا إشارات للإشارة إلى عدم التوازن وتطلب دورة كريبس للمساعدة في الحفاظ على التوازن للمواد والمتغيرات التي يمكن أن تؤثر عليها.

نظرًا لأن دورة كريبس تشكل جزءًا من سلسلة التمثيل الغذائي التي تستخدم الجلوكوز والأكسجين أثناء إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء ، يمكن للدورة أن تؤثر على مستويات هذه المواد الأربعة وتؤدي إلى تعديلات في وظائف التمثيل الغذائي الأخرى. على سبيل المثال ، إذا كان معدل الأيض مرتفعًا لأن الجسم يقوم بنشاط شاق ، فقد تنخفض مستويات الأكسجين في الخلايا. تجبر دورة كريبس البطيئة الجسم على التنفس بسرعة أكبر والقلب يضخ بشكل أسرع ، مما يوفر الأكسجين المطلوب للخلايا.

يمكن أن يؤثر نفس النوع من الآلية على المحفزات مثل الجوع أو العطش أو محاولات رفع أو خفض درجة حرارة الجسم. يتسبب الجوع والعطش في أن يبحث الفرد عن الطعام والماء. الشخص الذي يشعر بالحر الشديد سيتعرق ويبحث عن الظل ويزيل الملابس. الشخص الذي يشعر بالبرد يرتجف ويبحث عن مكان دافئ ويضيف طبقات من الملابس

من خلال دوره الفريد في التمثيل الغذائي للخلايا ، فإن دورة كريبس تساعد في الحفاظ على التوازن في الجسم ويؤثر على السلوك أيضًا.