Krebsův cyklus a homeostáza

Krebsův cyklus, pojmenovaný podle německo-britského biochemika Hanse Adolfa Krebse, je klíčovou součástí buněčného metabolismu.

Aby mohly buňky růst a plnit své funkce v těle, musí metabolizovat glukózu na energii. Tuto energii pak mohou použít k syntéze organických molekul, které tělo potřebuje, a ke specifickým funkcím, jako je pohyb svalové buňky nebo trávení v žaludku. V roce 1937 Krebs objevil reakci Krebsova cyklu, známou také jako cyklus kyseliny citronové, která tvoří hlavní část tohoto metabolického procesu.

Během štěpení a metabolizace molekul glukózy se buňky musí ujistit, že mnoho tělesných proměnných, jako je teplota, srdeční rytmus a dýchání, je udržováno na stabilní úrovni. Homeostáza popisuje proces, kterým buňky regulují účinky hormonů, enzymů a metabolismu, aby udržovaly správnou funkci těla v bezpečných mezích.

Jako část metabolismus glukózy, regulace Krebsova cyklu pomáhá buňkám s jejich homeostázou.

Pokročilé organismy přijímají živiny a metabolizují je, aby mohly vykonávat své běžné činnosti. Hlavním zdrojem metabolické energie je rozklad glukózy na oxid uhličitý a vodu v přítomnosti kyslíku.

K udržení homeostázy je třeba přísně regulovat hladinu glukózy, kyslíku a metabolických produktů. Každý krok metabolického procesu, včetně Krebsův cyklus kroky, pomáhá regulovat organické látky, které kontroluje.

Mezi hlavní metabolické kroky patří:

• Trávení

1. Jídlo se zavádí do ústní dutiny. Rozklad sacharidů začíná slinami.
2. Spolknuté jídlo vstupuje do žaludku. Žaludeční šťávy dále stravují jídlo.
3. Komplexní sacharidy se štěpí na glukózu a další vedlejší produkty ve střevech. Glukóza je absorbována stěnami střev a vstupuje do krevního oběhu.

• Buněčné dýchání

1. Krev s kyslíkem z plic a glukóza ze střev je čerpána do kapilár, kde kyslík a glukóza difundují do jednotlivých buněk.
2. Uvnitř každé buňky volala chemická reakce glykolýza štěpí molekuly glukózy a produkuje tzv. enzymy a molekuly nesoucí energii ATP (adenosintrifosfát).
3. The Krebsovy cykly použijte některé z enzymů produkovaných glykolýzou k výrobě dalších enzymů, více ATP a oxidu uhličitého.
4. Enzymy produkované glykolýzou a Krebsovým cyklem vstupují do elektronový transportní řetězec a produkují velké množství molekul ATP. Výsledné produkty vodíkové reakce se spojí s kyslíkem za vzniku vody.

• Odstranění

1. Oxid uhličitý a voda difundují z buněk do krevního oběhu a jsou žilami předávány zpět do srdce.
2. Krev je čerpána plícemi do eliminovat oxid uhličitý a ledvinami do odstranit přebytečnou vodu.

V každém kroku musí tělo, jeho orgány a buňky udržovat tělesné proměnné, jako je teplota, hladina glukózy a krevní tlak, na stabilní úrovni. Tato homeostatická regulace je řízena působením hormonů a enzymů, které jsou nutné pro provedení každého kroku metabolismu.

Pokud je určité látky příliš mnoho nebo příliš málo, enzym urychlí nebo zpomalí odpovídající metabolické kroky, dokud se znovu nestanoví homeostáza.

Glukóza je hlavním vstupem pro buněčné dýchání a jeho vedlejší produkty se používají v Krebsově cyklu. Hladina glukózy v krvi musí být kontrolována v těsném rozmezí. Pokud se k buňkám nedostane dostatek glukózy, nebudou již moci využívat buněčné dýchání a Krebsův cyklus jako zdroj energie. Místo toho mohou začít rozkládat tuky nebo dokonce svalovou tkáň.

Mít příliš mnoho glukózy v krvi může být také škodlivé. Nejprve se tělo snaží zbavit extra glukózy odstraněním z krve v ledvinách a vyloučením močí. Nadměrné močení dehydratuje tělo a zvyšuje koncentraci glukózy v krvi. Pokud je hladina glukózy příliš vysoká, může jedinec upadnout do kómatu.

Regulace glukózy je řízena slinivkou břišní.

Pokud je hladina glukózy v krvi příliš vysoká, pankreas uvolňuje inzulín do krevního oběhu. Inzulín podporuje použití glukózy v buňkách a pomáhá při buněčném dýchání. Hladina glukózy v krvi poté klesá. Pokud je hladina glukózy příliš nízká, pankreas signalizuje játrům, aby uvolňovaly více glukózy. Játra jsou schopna ukládat přebytečnou glukózu a uvolňují ji, což pomáhá udržovat homeostázu glukózy.

Hlavní funkcí Krebsova cyklu je přeměna enzymů, které používá elektronový transportní řetězec k výrobě energie. Cyklus je soběstačný v tom, že opakovaně používá své základní chemikálie v neustále se opakující sekvenci. Enzymy NAD a FAD se mění na vysokoenergetické molekuly NADH a FADH₂ které mohou pohánět elektronový transportní řetězec.

Krebsův cyklus se skládá z následujících kroků:

1. Molekuly pyruvátu vytvořené štěpením glukózy během glykolýzy vstupují do buněčných mitochondrií, kde je enzym metabolizuje na Acetyl CoA zahájit Krebsův cyklus.
2. Acetylová skupina se spojí s oxaloacetátem se čtyřmi uhlíky za vzniku a citrát.
3. Citrát ztrácí dvě molekuly uhlíku, aby vytvořil dvě molekuly oxidu uhličitého, pomocí energie z rozbitých vazeb k výrobě dvou NADH molekuly.
4. Molekula oxaloacetátu se regeneruje za vzniku FADH₂ molekula a další molekula NADH.
5. The oxaloacetát molekula je k dispozici pro další cyklus na začátku nové sekvence reakcí.
6. NADH a FADH₂ molekuly migrují na vnitřní membránu mitochondrií, kde napájí elektronový transportní řetězec.

Prostřednictvím své role v buněčné dýchání, Krebsův cyklus ovlivňuje homeostázu glukózy. Regulací metabolismu glukózy může hrát důležitou roli v celkové homeostáze v těle.

Enzymy, které se produkují během buněčného dýchání, pomáhají udržovat buňky v homeostáze.

Molekuly jako NAD a FAD jsou potřebné pro pokračování Krebsova cyklu a elektronového transportního řetězce. Další enzymy zrychlují nebo zpomalují Krebsův cyklus v závislosti na buněčné signalizaci. Buňky vysílají signály, které naznačují nerovnováhu, a požadují Krebsův cyklus, který pomáhá udržovat homeostázu pro látky a proměnné, které může ovlivnit.

Protože Krebsův cyklus je součástí metabolický řetězec který při výrobě oxidu uhličitého a vody využívá glukózu a kyslík, může cyklus ovlivnit hladiny těchto čtyř látek a spustit úpravy dalších metabolických funkcí. Například pokud je vyžadována vysoká rychlost metabolismu, protože tělo vykonává namáhavou činnost, mohou hladiny kyslíku v buňkách klesat. Zpomalující Krebsův cyklus nutí tělo rychleji dýchat a srdce rychleji pumpovat a dodávat potřebný kyslík do buněk.

Stejný typ mechanismu může ovlivnit spouštěče, jako je hlad, žízeň nebo pokusy o zvýšení nebo snížení tělesné teploty. Hlad a žízeň způsobí, že jednotlivec bude hledat jídlo a vodu. Někdo, kdo se cítí příliš horký, se potí, hledá stín a svléká si oděv. Někdo, komu je zima, se třese, hledá teplé místo a přidá vrstvy oblečení.

Díky své jedinečné roli v metabolismu buněk Krebsův cyklus pomáhá udržovat homeostázu v těle a ovlivňuje také chování.