מחזור קרבס והומאוסטזיס

מחזור קרבס, על שמו של הביוכימאי הגרמני-בריטי, הנס אדולף קרבס, הוא חלק מרכזי בחילוף החומרים בתאים.

כדי לגדול ולבצע את תפקידיהם בגוף, התאים צריכים לחילוף חומרים של גלוקוז כדי לייצר אנרגיה. לאחר מכן הם יכולים להשתמש באנרגיה זו כדי לסנתז את המולקולות האורגניות שהגוף זקוק להם ולתפקודים ספציפיים כגון תנועה פנימה תאי שריר או עיכול בבטן. בשנת 1937 גילה קרבס את תגובת מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצת לימון, המהווה חלק עיקרי מתהליך מטבולי זה.

במהלך פיצול ומטבוליזציה של מולקולות גלוקוז, על התאים לוודא כי משתני הגוף הרבים כמו טמפרטורה, פעימות לב ונשימה נשמרים ברמות יציבות. הומאוסטזיס מתאר את התהליך שבו תאים מווסתים את ההשפעות של הורמונים, אנזימים וחילוף חומרים כדי לשמור על הגוף תקין, בגבולות בטוחים.

כחלק מ מטבוליזם של גלוקוז, ויסות מחזור קרבס מסייע לתאים עם ההומאוסטזיס שלהם.

אורגניזמים מתקדמים לוקחים חומרים מזינים ומטבוליזם אותם כדי שיוכלו להמשיך בפעילותם הרגילה. המקור העיקרי לאנרגיה מטבולית הוא פירוק הגלוקוז לפחמן דו חמצני ולמים בנוכחות חמצן.

כדי לשמור על הומאוסטזיס, יש לווסת היטב את רמות הגלוקוז, החמצן והמוצרים המטבוליים. כל שלב בתהליך חילוף החומרים, כולל

השלבים המטבוליים העיקריים כוללים את הפעולות הבאות:

• אִכּוּל

1. מזון מוחדר לחלל הפה. פירוק הפחמימות מתחיל ברוק.
2. אוכל נבלע נכנס לקיבה. מיצי קיבה מעכלים את האוכל עוד יותר.
3. פחמימות מורכבות מתפרקות לגלוקוז ותוצרי לוואי אחרים במעיים. הגלוקוז נספג בדפנות המעיים ונכנס לזרם הדם.

• נשימה סלולרית

1. דם עם חמצן מהריאות וגלוקוז מהמעיים נשאב אל הנימים שם החמצן והגלוקוז מתפזרים לתאים בודדים.
2. בתוך כל תא נקראה תגובה כימית גליקוליזה מפצל את מולקולות הגלוקוז ומייצר אנזימים ומולקולות נושאות אנרגיה הנקראות ATP (אדנוזין טריפוספט).
3. ה שלבי מחזור קרבס השתמש בחלק מהאנזימים המיוצרים על ידי גליקוליזה כדי לייצר אנזימים נוספים, יותר ATP ופחמן דו חמצני.
4. האנזימים המופקים על ידי גליקוליזה ומחזור קרבס נכנסים ל שרשרת העברת אלקטרונים ומייצרים מספר רב של מולקולות ATP. מוצרי תגובת המימן הסופיים משתלבים עם חמצן ליצירת מים.

• חיסול

1. הפחמן הדו חמצני והמים מתפזרים החוצה מהתאים לזרם הדם ומועברים חזרה ללב דרך הוורידים.
2. הדם נשאב דרך הריאות אל לחסל פחמן דו חמצני ודרך הכליות ל לחסל עודפי מים.

על כל שלב, הגוף, איבריו ותאיו צריכים לשמור על משתני גוף כמו טמפרטורה, רמות גלוקוז ולחץ דם יציבים ברמות נורמליות. ויסות הומאוסטטי זה נשלט על ידי פעולתם של הורמונים ואנזימים הנדרשים על מנת להמשיך בכל שלב של חילוף החומרים.

אם יש יותר מדי או מעט מדי חומר מסוים, אנזים יאיץ או יאט את הצעדים המטבוליים המתאימים עד לקביעת ההומאוסטזיס.

גלוקוז הוא הקלט העיקרי לנשימה תאית ותוצרי הלוואי שלו משמשים במחזור קרבס. יש לשלוט על רמת הגלוקוז בדם בטווח הדוק. אם לא יהיה מספיק גלוקוזה המגיע לתאים, הם כבר לא יוכלו להשתמש בנשימה התאית ובמחזור קרבס כמקור אנרגיה. במקום זאת, הם עשויים להתחיל לפרק שומנים או אפילו רקמת שריר.

שיש יותר מדי גלוקוז בדם יכול להזיק גם כן. ראשית, הגוף מנסה להיפטר מהגלוקוז הנוסף על ידי הוצאתו מהדם בכליות וסילוקו באמצעות שתן. שתן מוגזם מייבש את הגוף ומגביר את ריכוז הגלוקוז בדם. אם רמת הגלוקוז הופכת גבוהה מדי, האדם עלול ליפול בתרדמת.

ויסות הגלוקוז נשלט על ידי הלבלב.

אם רמת הגלוקוז בדם גבוהה מדי, הלבלב משחרר אינסולין לזרם הדם. אינסולין מקדם את השימוש בגלוקוז בתאים ומסייע בנשימה תאית. אז רמת הגלוקוז בדם יורדת. אם רמת הגלוקוז נמוכה מדי, הלבלב מאותת לכבד לשחרר יותר גלוקוז. הכבד מסוגל לאגור עודפי גלוקוז ומשחרר אותו בכדי לסייע בשמירה על הומאוסטזיס של גלוקוז.

התפקיד העיקרי של מחזור קרבס הוא להמיר אנזימים ששרשרת הובלת האלקטרונים משתמשת בהם כדי לייצר אנרגיה. המחזור הוא עצמאי בכך שהוא משתמש מחדש בכימיקלים המרכיבים אותו ברצף שחוזר על עצמו כל הזמן. האנזימים NAD ו- FAD משתנים למולקולות אנרגיה גבוהה NADH ו- FADH₂ שיכול להניע את שרשרת הובלת האלקטרונים.

מחזור קרבס מורכב מהשלבים הבאים:

1. מולקולות הפירובט שנוצרו על ידי פיצול גלוקוז במהלך הגליקוליזה נכנסות למיטוכונדריה של התא שם אנזים מטבוליזם אותם לתוך אצטיל CoA להתחיל את מחזור קרבס.
2. קבוצת האצטיל משולבת עם ארבע פחמן אוקסאלואצטט ליצירת a ציטראט.
3. הציטראט מאבד שתי מולקולות פחמן ליצירת שתי מולקולות פחמן דו חמצני, תוך שימוש באנרגיה מהקשרים השבורים כדי לייצר שתיים NADH מולקולות.
4. מולקולת אוקסאלו-אצטט מתחדשת ומייצרת FADH₂ מולקולה ומולקולת NADH נוספת.
5. ה oxaloacetate מולקולה זמינה למחזור נוסף בתחילת רצף תגובות חדש.
6. ה- NADH וה- FADH₂ מולקולות נודדות לקרום הפנימי של המיטוכונדריה שם הן מפעילות את שרשרת העברת אלקטרונים.

דרך תפקידו ב נשימה תאית, מחזור קרבס משפיע על הומאוסטזיס של גלוקוז. באמצעות ויסות מטבוליזם הגלוקוז, הוא יכול למלא תפקיד חשוב בהומאוסטזיס הכללי בגוף.

האנזימים המיוצרים במהלך נשימה תאית עוזרים לשמור על תאים בהומאוסטזיס.

יש צורך במולקולות כמו NAD ו- FAD כדי שתמשיך מחזור קרבס ושרשרת הובלת האלקטרונים. אנזימים נוספים מאיצים או מאטים את מחזור קרבס בהתאם לאיתות התא. תאים שולחים אותות כדי להצביע על חוסר איזון ומבקשים ממחזור קרבס שיעזור לשמור על הומאוסטזיס עבור החומרים והמשתנים שהוא יכול להשפיע עליהם.

מכיוון שמחזור קרבס מהווה חלק מ- שרשרת מטבולית המשתמשת בגלוקוז ובחמצן בעת ​​ייצור פחמן דו חמצני ומים, המחזור יכול להשפיע על רמות ארבעת החומרים הללו ולעורר התאמות בתפקודים מטבוליים אחרים. לדוגמא, אם נדרש קצב חילוף חומרים גבוה מכיוון שהגוף מבצע פעילות מאומצת, רמות החמצן בתאים עשויות לרדת. מחזור קרבס מאט מכריח את הגוף לנשום מהר יותר ואת הלב לשאוב מהר יותר, ומספק את החמצן הנדרש לתאים.

אותו סוג של מנגנון יכול להשפיע על טריגרים כמו רעב, צמא או ניסיונות להעלות או להוריד את טמפרטורת הגוף. רעב וצמא יגרמו לאדם לחפש מזון ומים. מישהו שמרגיש חם מדי יזיע, יחפש צל ויסיר פריטי לבוש. מישהו שמרגיש קר יצטמרר, יחפש מקום חם ויוסיף שכבות לבוש.

באמצעות תפקידו הייחודי בחילוף החומרים בתאים, מחזור קרבס מסייע בשמירה על הומאוסטזיס בגוף ומשפיע גם על ההתנהגות.