Цикълът на Кребс и хомеостазата

Цикълът на Кребс, кръстен на немско-британския биохимик Ханс Адолф Кребс, е ключова част от клетъчния метаболизъм.

За да растат и изпълняват функциите си в тялото, клетките трябва да метаболизират глюкозата, за да произвеждат енергия. След това те могат да използват тази енергия, за да синтезират органичните молекули, от които тялото се нуждае, и за специфични функции като движение мускулни клетки или храносмилане в стомаха. През 1937 г. Кребс открива реакцията на цикъла на Кребс, известна също като цикъла на лимонената киселина, която формира основна част от този метаболитен процес.

В процеса на разделяне и метаболизиране на глюкозните молекули клетките трябва да се уверят, че многото телесни променливи като температура, сърдечен ритъм и дишане се поддържат на стабилни нива. Хомеостаза описва процеса, чрез който клетките регулират въздействието на хормоните, ензимите и метаболизма, за да поддържат тялото да работи правилно, в безопасни граници.

Като част от метаболизъм на глюкозата, регулирането на цикъла на Кребс помага на клетките при тяхната хомеостаза.

Напредналите организми поемат хранителни вещества и ги метаболизират, за да могат да продължат нормалната си дейност. Основният източник на метаболитна енергия е разграждането на глюкозата до въглероден диоксид и вода в присъствието на кислород.

За да се поддържа хомеостазата, нивата на глюкоза, кислород и метаболитните продукти трябва да бъдат строго регулирани. Всяка стъпка от метаболитния процес, включително Цикъл на Кребс стъпки, помага за регулиране на органичните вещества, които контролира.

Основните метаболитни стъпки включват следното:

• Храносмилане

1. Храната се въвежда в устната кухина. Разграждането на въглехидратите започва със слюнката.
2. Погълнатата храна попада в стомаха. Стомашните сокове храносмилат допълнително храната.
3. Сложните въглехидрати се разграждат до глюкоза и други странични продукти в червата. Глюкозата се абсорбира от стените на червата и постъпва в кръвния поток.

• Клетъчно дишане

1. Кръв с кислород от белите дробове и глюкоза от червата се изпомпва към капилярите, където кислородът и глюкозата се дифузират в отделни клетки.
2. Във всяка клетка се нарича химическа реакция гликолиза разделя молекулите на глюкозата и произвежда ензими и молекули, носещи енергия, наречени АТФ (аденозин трифосфат).
3. The Цикли на Кребс използвайте някои от ензимите, произведени от гликолиза, за да произведете допълнителни ензими, повече АТФ и въглероден диоксид.
4. Ензимите, произведени от гликолизата и цикъла на Кребс навлизат в електронна транспортна верига и произвеждат голям брой АТФ молекули. Крайните продукти на реакцията на водород се комбинират с кислород, за да образуват вода.

• Елиминиране

1. Въглеродният диоксид и водата дифузират от клетките в кръвния поток и се предават обратно към сърцето през вените.
2. Кръвта се изпомпва през белите дробове, за да премахване на въглеродния диоксид и през бъбреците до премахване на излишната вода.

За всяка стъпка тялото, неговите органи и клетки трябва да поддържат телесни променливи като температура, нива на глюкоза и кръвно налягане стабилни на нормални нива. Тази хомеостатична регулация се контролира от действието на хормони и ензими, необходими за протичане на всяка стъпка от метаболизма.

Ако има твърде много или твърде малко от дадено вещество, ензимът ще ускори или забави съответните метаболитни стъпки, докато хомеостазата не се установи отново.

Глюкоза е основният вход за клетъчното дишане и неговите странични продукти се използват в цикъла на Кребс. Нивото на глюкозата в кръвта трябва да се контролира в строги граници. Ако до клетките няма достатъчно глюкоза, те вече няма да могат да използват клетъчното дишане и цикълът на Кребс като енергиен източник. Вместо това те могат да започнат да разграждат мазнините или дори мускулната тъкан.

Наличието на твърде много глюкоза в кръвта също може да бъде вредно. Първо, тялото се опитва да се отърве от излишната глюкоза, като я отстранява от кръвта в бъбреците и я елиминира чрез урина. Прекомерното уриниране дехидратира тялото и повишава концентрацията на глюкоза в кръвта. Ако нивото на глюкозата стане твърде високо, индивидът може да изпадне в кома.

Регулирането на глюкозата се контролира от панкреаса.

Ако нивото на глюкоза в кръвта е твърде високо, панкреасът отделя инсулин в кръвния поток. Инсулинът насърчава използването на глюкоза в клетките и помага при клетъчното дишане. Тогава нивото на глюкозата в кръвта намалява. Ако нивото на глюкозата е твърде ниско, панкреасът сигнализира на черния дроб да отделя повече глюкоза. Черният дроб е в състояние да съхранява излишната глюкоза и я освобождава, за да спомогне за поддържането на глюкозната хомеостаза.

Основната функция на цикъла на Кребс е да преобразува ензимите, които електронната транспортна верига използва за производство на енергия. Цикълът е самостоятелен, тъй като използва повторно съставните си химикали в непрекъснато повтаряща се последователност. Ензимите NAD и FAD се превръщат във високоенергийни молекули NADH и FADH₂ които могат да захранват електронно-транспортната верига.

Цикълът на Кребс се състои от следните стъпки:

1. Молекулите на пирувата, създадени чрез разделяне на глюкозата по време на гликолиза, навлизат в клетъчните митохондрии, където ензимът ги метаболизира в Ацетил CoA за да започне цикъла на Кребс.
2. Ацетиловата група се комбинира с четири-въглероден оксалоацетат, за да образува а цитрат.
3. Цитратът губи две молекули въглерод, за да образува две молекули въглероден диоксид, използвайки енергията от скъсаните връзки, за да произведе две NADH молекули.
4. Молекулата на оксалоацетат се регенерира, образувайки FADH₂ молекула и друга молекула NADH.
5. The оксалоацетат молекулата е на разположение за друг цикъл в началото на нова последователност от реакции.
6. NADH и FADH₂ молекулите мигрират към вътрешната мембрана на митохондриите, където захранват електронна транспортна верига.

Чрез ролята си в клетъчно дишане, цикълът на Кребс влияе върху хомеостазата на глюкозата. Чрез регулиране на метаболизма на глюкозата, той може да играе важна роля в цялостната хомеостаза в организма.

Ензимите, които се произвеждат по време на клетъчното дишане, помагат за поддържане на клетките в хомеостаза.

За да продължи цикълът на Кребс и веригата на електронен транспорт, са необходими молекули като NAD и FAD. Допълнителни ензими ускоряват или забавят цикъла на Krebs в зависимост от клетъчната сигнализация. Клетките изпращат сигнали, за да покажат дисбаланс и изискват цикъла на Кребс да помогне за поддържане на хомеостазата за веществата и променливите, върху които може да повлияе.

Тъй като цикълът на Кребс е част от метаболитна верига който използва глюкоза и кислород, докато произвежда въглероден диоксид и вода, цикълът може да повлияе на нивата на тези четири вещества и да предизвика корекции в други метаболитни функции. Например, ако се изисква висока скорост на метаболизма, тъй като тялото предприема усилена дейност, нивата на кислород в клетките могат да намалят. Забавящият цикъл на Кребс принуждава тялото да диша по-бързо и сърцето да помпа по-бързо, доставяйки необходимия кислород до клетките.

Същият тип механизъм може да повлияе на задействания като глад, жажда или опити за повишаване или понижаване на телесната температура. Гладът и жаждата ще накарат човек да търси храна и вода. Някой, който се чувства прекалено горещ, ще се изпоти, ще потърси сянка и ще премахне дрехи. Някой, който се чувства студен, ще потръпне, ще потърси топло място и ще добави слоеве дрехи.

Чрез своята уникална роля в клетъчния метаболизъм, Цикълът на Кребс помага за поддържане на хомеостазата в тялото и също влияе на поведението.