Saksa-Briti biokeemiku Hans Adolf Krebsi järgi nime saanud Krebsi tsükkel on raku ainevahetuse põhiosa.
Kehas kasvamiseks ja oma funktsioonide täitmiseks peavad rakud energia tootmiseks metaboliseerima glükoosi. Seejärel saavad nad seda energiat kasutada keha jaoks vajalike orgaaniliste molekulide sünteesimiseks ja konkreetsete funktsioonide jaoks, näiteks liikumiseks lihasrakud või seedimine maos. 1937. aastal avastas Krebs Krebsi tsüklireaktsiooni, mida nimetatakse ka sidrunhappetsükliks, mis moodustab suurema osa sellest metaboolsest protsessist.
Glükoosimolekulide jagamise ja metaboliseerimise käigus peavad rakud veenduma, et paljud kehamuutujad, nagu temperatuur, südamerütm ja hingamine, püsivad stabiilsel tasemel. Homöostaas kirjeldab protsessi, mille abil rakud reguleerivad hormoonide, ensüümide ja ainevahetuse toimet, et hoida keha korralikult, ohututes piirides.
Osana glükoosi metabolism, aitab Krebsi tsükli reguleerimine rakkudel nende homöostaasi.
Kuidas ainevahetus homöostaasi säilitab
Arenenud organismid võtavad toitaineid ja metaboliseerivad neid, et nad saaksid jätkata oma tavapärast tegevust. Metaboolse energia peamine allikas on glükoosi lagunemine süsinikdioksiidiks ja veeks hapniku juuresolekul.
Homöostaasi säilitamiseks tuleb glükoosi, hapniku ja ainevahetusproduktide taset rangelt reguleerida. Ainevahetusprotsessi iga etapp, sealhulgas Krebsi tsükkel sammud, aitab reguleerida kontrollitavaid orgaanilisi aineid.
Peamised metaboolsed etapid hõlmavad järgmist:
- Seedimine
- Toit viiakse suuõõnde. Süsivesikute lagundamine algab süljest.
- Neelatud toit satub maosse. Maomahlad seedivad toitu veelgi.
- Komplekssed süsivesikud jaotatakse glükoosiks ja muud soolestiku kõrvalsaadused. Glükoos imendub sooleseintes ja siseneb vereringesse.
- Rakuhingamine
- Kopsudest pärineva hapniku ja soolestiku glükoosiga veri pumbatakse välja kapillaaridesse, kus hapnik ja glükoos difundeeruvad üksikutesse rakkudesse.
- Igas rakus nimetatakse keemilist reaktsiooni glükolüüs lõhustab glükoosimolekule ja toodab ensüüme ja energiat kandvaid molekule, mida nimetatakse ATP (adenosiinitrifosfaat).
- The Krebsi tsüklisammud kasutage mõnda glükolüüsi teel toodetud ensüümi täiendavate ensüümide, rohkem ATP ja süsinikdioksiidi tootmiseks.
- Glükolüüsi ja Krebsi tsükli abil toodetud ensüümid sisenevad elektronide transpordiahel ja toota suurt hulka ATP molekule. Lõplikud vesinikureaktsiooni saadused kombineeruvad hapnikuga, moodustades vett.
- Kõrvaldamine
- Süsinikdioksiid ja vesi difundeeruvad rakkudest välja vereringesse ja viiakse veenide kaudu tagasi südamesse.
- Veri pumbatakse läbi kopsude kõrvaldada süsinikdioksiid ja neerude kaudu kuni kõrvaldada vee ülejääk.
Igal etapil peavad keha, selle organid ja rakud hoidma keha muutujaid, nagu temperatuur, glükoositase ja vererõhk, normaalsel tasemel. Seda homöostaatilist regulatsiooni kontrollib hormoonide ja ensüümide toime, mis on vajalikud ainevahetuse igal etapil.
Kui konkreetset ainet on liiga palju või liiga vähe, kiirendab või aeglustab ensüüm vastavaid ainevahetusetappe, kuni homöostaas taastub.
Glükoosi homöostaasi näide
Glükoos on rakulise hingamise peamine sisend ja selle kõrvalsaadusi kasutatakse Krebsi tsüklis. Veres glükoosisisaldust tuleb kontrollida ranges vahemikus. Kui rakkudesse ei jõua piisavalt glükoosi, ei saa nad raku hingamist enam kasutada ja Krebsi tsüklit energiaallikana. Selle asemel võivad nad hakata lagundama rasvu või isegi lihaskoe.
Ka liiga palju glükoosi sisaldus veres võib olla kahjulik. Kõigepealt püüab keha vabaneda täiendavast glükoosist, eemaldades selle neerude verest ja eemaldades selle uriini kaudu. Liigne urineerimine kuivatab keha ja suurendab glükoosi kontsentratsiooni veres. Kui glükoositase muutub liiga kõrgeks, võib inimene langeda koomasse.
Glükoosi reguleerimist kontrollib pankreas.
Kui vere glükoositase on liiga kõrge, vabastab pankreas insuliini vereringesse. Insuliin soodustab glükoosi kasutamist rakkudes ja aitab rakulisel hingamisel. Seejärel väheneb veres glükoositase. Kui glükoositase on liiga madal, annab pankreas maksale märku, et see vabastaks rohkem glükoosi. Maks suudab salvestada liigset glükoosi ja vabastab selle, et aidata säilitada glükoosi homöostaasi.
Krebsi tsükli sammud
Krebsi tsükli põhiülesanne on muuta ensüüme, mida elektroni transpordiahel kasutab energia tootmiseks. Tsükkel on iseseisev selle poolest, et ta kasutab oma koostises olevaid kemikaale pidevalt korduvas järjestuses. Ensüümid NAD ja FAD muudetakse kõrge energiaga molekulideks NADH ja FADH2 mis võib elektroni transpordiahelat toita.
Krebsi tsükkel koosneb järgmistest etappidest:
- Glükolüüsi käigus glükoosi lõhustamisel tekkinud püruvaadi molekulid sisenevad raku mitokondritesse, kus ensüüm metaboliseerib need Atsetüül CoA Krebsi tsükli alustamiseks.
- Atsetüülrühm ühendub nelja süsinikuga oksaloatsetaadiga, moodustades a tsitraat.
- Tsitraat kaotab kaks süsinikdioksiidi molekuli, moodustades kaks süsinikdioksiidi molekuli, kasutades purustatud sidemete energiat kahe saamiseks NADH molekulid.
- Oksaloatsetaadi molekul regenereeritakse, saades FADH2 molekul ja veel üks NADH molekul.
- The oksaloatsetaat molekul on uue reaktsioonide jada alguses saadaval veel ühe tsükli jaoks.
- NADH ja FADH2 molekulid rändavad mitokondrite sisemembraanile, kus nad toidavad elektronide transpordiahel.
Oma rolli kaudu rakuhingamine, mõjutab Krebsi tsükkel glükoosi homöostaasi. Glükoosi metabolismi reguleerimise kaudu võib see mängida olulist rolli organismi üldises homöostaasis.
Ensüümid rakulises hingamises
Rakuhingamise käigus tekkivad ensüümid aitavad rakke hoida homöostaasis.
Krebsi tsükli ja elektronide transpordiahela jätkamiseks on vaja selliseid molekule nagu NAD ja FAD. Täiendavad ensüümid kiirendavad või aeglustavad Krebsi tsüklit sõltuvalt raku signaalimisest. Rakud saadavad signaale, mis näitavad tasakaalustamatust, ja taotlevad Krebsi tsüklit, et aidata säilitada ainete ja muutujate homöostaasi, mida see võib mõjutada.
Kuna Krebsi tsükkel on osa metaboolne ahel mis kasutab süsinikdioksiidi ja vett tootes glükoosi ja hapnikku, võib tsükkel mõjutada nende nelja aine taset ja käivitada teiste metaboolsete funktsioonide kohandused. Näiteks kui on vaja kiiret ainevahetust, kuna keha teeb pingutavat tegevust, võib rakkude hapnikutase langeda. Aeglustuv Krebsi tsükkel sunnib keha kiiremini hingama ja süda kiiremini pumpama, viies rakkudesse vajaliku hapniku.
Sama tüüpi mehhanism võib mõjutada selliseid käivitajaid nagu nälg, janu või katsed kehatemperatuuri tõsta või langetada. Nälg ja janu panevad indiviidi otsima toitu ja vett. Keegi, kes tunneb end liiga kuumana, higistab, otsib varju ja eemaldab riideesemed. Keegi, kes tunneb külma, väriseb, otsib sooja koha ja lisab riidekihte.
Rakkude ainevahetuse ainulaadse rolli kaudu on Krebsi tsükkel aitab säilitada homöostaasi kehas ja mõjutab ka käitumist.