Il ciclo di Krebs e l'omeostasi

Il ciclo di Krebs, dal nome del biochimico tedesco-britannico Hans Adolf Krebs, è una parte fondamentale del metabolismo cellulare.

Per crescere e svolgere le loro funzioni nel corpo, le cellule devono metabolizzare il glucosio per produrre energia. Possono quindi utilizzare questa energia per sintetizzare le molecole organiche di cui il corpo ha bisogno e per funzioni specifiche come il movimento in cellule muscolari o digestione nello stomaco. Nel 1937, Krebs scoprì la reazione del ciclo di Krebs, noto anche come ciclo dell'acido citrico, che costituisce una parte importante di questo processo metabolico.

Nel corso della scissione e della metabolizzazione delle molecole di glucosio, le cellule devono assicurarsi che le numerose variabili del corpo come la temperatura, il battito cardiaco e la respirazione siano mantenute a livelli stabili. omeostasi descrive il processo mediante il quale le cellule regolano gli effetti di ormoni, enzimi e metabolismo per mantenere il corpo in funzione correttamente, entro limiti di sicurezza.

Nell'ambito di metabolismo del glucosio, la regolazione del ciclo di Krebs aiuta le cellule con la loro omeostasi.

Gli organismi avanzati assorbono i nutrienti e li metabolizzano in modo che possano svolgere le loro normali attività. La principale fonte di energia metabolica è la scomposizione del glucosio in anidride carbonica e acqua in presenza di ossigeno.

Per mantenere l'omeostasi, i livelli di glucosio, ossigeno e prodotti metabolici devono essere tutti strettamente regolati. Ogni fase del processo metabolico, compreso il ciclo di Krebs passaggi, aiuta a regolare le sostanze organiche che controlla.

I principali passaggi metabolici includono quanto segue:

• Digestione

1. Il cibo viene introdotto nella cavità orale. La scomposizione dei carboidrati inizia con la saliva.
2. Il cibo ingerito entra nello stomaco. I succhi gastrici digeriscono ulteriormente il cibo.
3. I carboidrati complessi vengono scomposti in glucosio e altri sottoprodotti nell'intestino. Il glucosio viene assorbito dalle pareti dell'intestino ed entra nel flusso sanguigno.

• Respirazione cellulare

1. Il sangue con l'ossigeno dai polmoni e il glucosio dall'intestino viene pompato nei capillari dove l'ossigeno e il glucosio si diffondono nelle singole cellule.
2. All'interno di ogni cellula, una reazione chimica chiamata glicolisi scinde le molecole di glucosio e produce enzimi e molecole che trasportano energia chiamate ATP (adenosina trifosfato).
3. Il Fasi del ciclo di Krebs utilizzare alcuni degli enzimi prodotti dalla glicolisi per produrre enzimi aggiuntivi, più ATP e anidride carbonica.
4. Gli enzimi prodotti dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs entrano nel catena di trasporto degli elettroni e producono un gran numero di molecole di ATP. I prodotti finali della reazione dell'idrogeno si combinano con l'ossigeno per formare acqua.

• Eliminazione

1. L'anidride carbonica e l'acqua si diffondono dalle cellule nel flusso sanguigno e tornano al cuore attraverso le vene.
2. Il sangue viene pompato attraverso i polmoni a eliminare l'anidride carbonica e attraverso i reni a eliminare l'acqua in eccesso.

Per ogni passaggio, il corpo, i suoi organi e le sue cellule devono mantenere costanti le variabili corporee come la temperatura, i livelli di glucosio e la pressione sanguigna a livelli normali. Questa regolazione omeostatica è controllata dall'azione di ormoni ed enzimi necessari affinché ogni fase del metabolismo proceda.

Se c'è troppo o troppo poco di una particolare sostanza, un enzima accelererà o rallenterà i corrispondenti passaggi metabolici fino a quando l'omeostasi non sarà nuovamente stabilita.

Glucosio è l'input principale per la respirazione cellulare e i suoi sottoprodotti sono utilizzati nel ciclo di Krebs. Il livello di glucosio nel sangue deve essere controllato entro un intervallo ristretto. Se non c'è abbastanza glucosio che raggiunge le cellule, non saranno più in grado di utilizzare la respirazione cellulare e il ciclo di Krebs come fonte di energia. Invece, possono iniziare a scomporre i grassi o persino il tessuto muscolare.

Anche avere troppo glucosio nel sangue può essere dannoso. Innanzitutto, il corpo cerca di eliminare il glucosio in eccesso rimuovendolo dal sangue nei reni ed eliminandolo attraverso l'urina. L'eccessiva minzione disidrata il corpo e aumenta la concentrazione di glucosio nel sangue. Se il livello di glucosio diventa troppo alto, l'individuo può cadere in coma.

La regolazione del glucosio è controllata dal pancreas.

Se il livello di glucosio nel sangue è troppo alto, il pancreas rilascia insulina nel flusso sanguigno. L'insulina favorisce l'utilizzo del glucosio nelle cellule e aiuta la respirazione cellulare. Il livello di glucosio nel sangue quindi diminuisce. Se il livello di glucosio è troppo basso, il pancreas segnala al fegato di rilasciare più glucosio. Il fegato è in grado di immagazzinare il glucosio in eccesso e lo rilascia per aiutare a mantenere l'omeostasi del glucosio.

La funzione principale del ciclo di Krebs è quella di convertire gli enzimi che la catena di trasporto degli elettroni utilizza per produrre energia. Il ciclo è autonomo in quanto riutilizza i suoi componenti chimici in una sequenza che si ripete costantemente. Gli enzimi NAD e FAD vengono trasformati in molecole ad alta energia NADH e FADH₂ che può alimentare la catena di trasporto degli elettroni.

Il ciclo di Krebs è composto dai seguenti passaggi:

1. Le molecole di piruvato create dalla scissione del glucosio durante la glicolisi entrano nei mitocondri cellulari dove un enzima le metabolizza in Acetil-CoA per avviare il ciclo di Krebs.
2. Il gruppo acetile si combina con un ossalacetato a quattro atomi di carbonio per formare a citrato.
3. Il citrato perde due molecole di carbonio per formare due molecole di anidride carbonica, utilizzando l'energia dei legami spezzati per produrre due NADH molecole.
4. Una molecola di ossalacetato viene rigenerata, producendo an FADH₂ molecola e un'altra molecola di NADH.
5. Il ossalacetato molecola è disponibile per un altro ciclo all'inizio di una nuova sequenza di reazioni.
6. Il NADH e il FADH₂ le molecole migrano verso la membrana interna dei mitocondri dove alimentano il catena di trasporto degli elettroni.

Attraverso il suo ruolo in respirazione cellulare, il ciclo di Krebs influenza l'omeostasi del glucosio. Attraverso la regolazione del metabolismo del glucosio, può svolgere un ruolo importante nell'omeostasi generale nel corpo.

Gli enzimi prodotti durante la respirazione cellulare aiutano a mantenere le cellule in omeostasi.

Molecole come NAD e FAD sono necessarie affinché il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni procedano. Enzimi aggiuntivi accelerano o rallentano il ciclo di Krebs a seconda della segnalazione cellulare. Le cellule inviano segnali per indicare uno squilibrio e richiedono il ciclo di Krebs per aiutare a mantenere l'omeostasi per le sostanze e le variabili che può influenzare.

Poiché il ciclo di Krebs fa parte del catena metabolica che utilizza glucosio e ossigeno mentre produce anidride carbonica e acqua, il ciclo può influenzare i livelli di queste quattro sostanze e innescare aggiustamenti in altre funzioni metaboliche. Ad esempio, se è richiesto un alto tasso di metabolismo perché il corpo sta intraprendendo un'attività faticosa, i livelli di ossigeno nelle cellule possono diminuire. Un rallentamento del ciclo di Krebs costringe il corpo a respirare più rapidamente e il cuore a pompare più velocemente, fornendo l'ossigeno necessario alle cellule.

Lo stesso tipo di meccanismo può influenzare fattori scatenanti come fame, sete o tentativi di aumentare o abbassare la temperatura corporea. La fame e la sete indurranno un individuo a cercare cibo e acqua. Chi sente troppo caldo suderà, cercherà l'ombra e si toglierà i vestiti. Qualcuno che sente freddo tremerà, cercherà un punto caldo e aggiungerà strati di vestiti.

Attraverso il suo ruolo unico nel metabolismo cellulare, il Il ciclo di Krebs aiuta a mantenere l'omeostasi nel corpo e influenza anche il comportamento.