კრებსის ციკლი და ჰომეოსტაზი

კრებსის ციკლი, რომელსაც გერმან-ბრიტანელი ბიოქიმიკოსის ჰანს ადოლფ კრებსის სახელი მიენიჭა, უჯრედული მეტაბოლიზმის ძირითადი ნაწილია.

ორგანიზმში რომ გაიზარდონ და შეასრულონ თავიანთი ფუნქციები, უჯრედებს უწევთ გლუკოზის მეტაბოლიზირება ენერგიის წარმოებისთვის. ამის შემდეგ მათ შეუძლიათ გამოიყენონ ეს ენერგია ორგანული მოლეკულების სინთეზირებისთვის, რაც სხეულს სჭირდება და კონკრეტული ფუნქციების შესასრულებლად, როგორიცაა შიგნით მოძრაობა კუნთების უჯრედები ან საჭმლის მონელება კუჭში. 1937 წელს კრებსმა აღმოაჩინა კრებსის ციკლის რეაქცია, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ლიმონმჟავას ციკლი, რომელიც ამ მეტაბოლური პროცესის მთავარ ნაწილს წარმოადგენს.

გლუკოზის მოლეკულების გაყოფისა და მეტაბოლიზმის დროს, უჯრედებმა უნდა დარწმუნდნენ, რომ სხეულის მრავალი ცვლადი, როგორიცაა ტემპერატურა, გულისცემა და სუნთქვა შენარჩუნებულია სტაბილურ დონეზე. ჰომეოსტაზი აღწერს პროცესს, რომლის დროსაც უჯრედები არეგულირებენ ჰორმონების, ფერმენტების და მეტაბოლიზმის მოქმედებას, რათა ორგანიზმი სწორად მუშაობდეს, უსაფრთხო საზღვრებში.

Როგორც ნაწილი გლუკოზის მეტაბოლიზმი, კრებსის ციკლის რეგულირება უჯრედებს ეხმარება ჰომეოსტაზით.

მოწინავე ორგანიზმები იღებენ საკვებ ნივთიერებებს და მეტაბოლიზდება მათ, რათა მათ განაგრძონ თავიანთი ნორმალური საქმიანობა. მეტაბოლური ენერგიის ძირითადი წყაროა გლუკოზის დაშლა ნახშირორჟანგად და წყალში ჟანგბადის თანდასწრებით.

ჰომეოსტაზის შესანარჩუნებლად საჭიროა გლუკოზის, ჟანგბადის და მეტაბოლური პროდუქტების დონის მკაცრად რეგულირება. მეტაბოლური პროცესის თითოეული ეტაპი, მათ შორის კრებსის ციკლი ნაბიჯებს, ხელს უწყობს ორგანული ნივთიერებების რეგულირებას, რომელსაც ის აკონტროლებს.

მეტაბოლური ძირითადი ნაბიჯები მოიცავს შემდეგს:

• საჭმლის მონელება

1. საკვები შედის პირის ღრუში. ნახშირწყლების დაშლა ნერწყვით იწყება.
2. გადაყლაპული საკვები შედის კუჭში. კუჭის წვენები კიდევ უფრო ანელებს საკვებს.
3. რთული ნახშირწყლები იშლება გლუკოზად და სხვა გვერდითი პროდუქტები ნაწლავებში. გლუკოზა შეიწოვება ნაწლავების კედლებში და შედის სისხლის ნაკადში.

• უჯრედული სუნთქვა

1. ფილტვების ჟანგბადით სისხლი და ნაწლავებიდან გლუკოზა იღება კაპილარებში, სადაც ჟანგბადი და გლუკოზა დიფერენცირდება ცალკეულ უჯრედებში.
2. თითოეული უჯრედის შიგნით ქიმიური რეაქცია ე.წ. გლიკოლიზი ანაწილებს გლუკოზის მოლეკულებს და გამოიმუშავებს ფერმენტებს და ენერგიის მატარებელ მოლეკულებს, ე.წ. ATP (ადენოზინტრიფოსფატი).
3. კრებს ციკლის საფეხურები გამოიყენეთ გლიკოლიზის მიერ წარმოებული ზოგიერთი ფერმენტი დამატებითი ფერმენტების, მეტი ATP და ნახშირორჟანგის წარმოსაქმნელად.
4. გლიკოლიზისა და კრებსის ციკლის მიერ წარმოქმნილი ფერმენტები შემოდიან ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი და წარმოქმნის დიდი რაოდენობით ATP მოლეკულას. წყალბადის რეაქციის საბოლოო პროდუქტები ჟანგბადთან კომბინირდება წყლის წარმოქმნით.

• აღმოფხვრა

1. ნახშირორჟანგი და წყალი უჯრედებიდან სისხლის მიმოქცევაში გადადიან და ვენების მეშვეობით ისევ გულში გადადიან.
2. სისხლი ფილტვების მეშვეობით ტუმბოს ნახშირორჟანგის აღმოფხვრა და თირკმელების საშუალებით აღმოფხვრას ჭარბი წყალი.

თითოეული ნაბიჯისთვის სხეულს, მის ორგანოებსა და მის უჯრედებს ნორმალურ დონეზე უწევს სხეულის ცვლადების შენარჩუნება, როგორიცაა ტემპერატურა, გლუკოზის დონე და არტერიული წნევა. ამ ჰომეოსტატიკური რეგულირება კონტროლდება ჰორმონებისა და ფერმენტების მოქმედებით, რომლებიც საჭიროა მეტაბოლიზმის ყოველი ეტაპისთვის.

თუ კონკრეტული ნივთიერება ძალიან ბევრია ან ძალიან ცოტაა, ფერმენტი დააჩქარებს ან შეანელებს შესაბამის მეტაბოლურ საფეხურებს, სანამ ჰომეოსტაზი კვლავ დადგინდება.

გლუკოზა არის უჯრედული სუნთქვის ძირითადი საშუალება და მისი გვერდითი პროდუქტები გამოიყენება კრებსის ციკლში. სისხლში გლუკოზის დონე უნდა კონტროლდეს მჭიდრო მანძილზე. თუ უჯრედებში საკმარისი გლუკოზა არ მიიღწევა, მათ აღარ შეეძლებათ უჯრედული სუნთქვის გამოყენება და კრებსის ციკლი ენერგიის წყაროდ. ამის ნაცვლად, მათ შეიძლება დაიწყონ ცხიმების ან კუნთოვანი ქსოვილის დაშლაც კი.

სისხლში ძალიან ბევრი გლუკოზის ქონა შეიძლება საზიანო იყოს. პირველი, სხეული ცდილობს მოაცილოს ზედმეტი გლუკოზა თირკმელებში სისხლიდან ამოღებით და შარდის საშუალებით აღმოფხვრას იგი. გადაჭარბებული შარდვა აწყნარებს ორგანიზმს და ზრდის გლუკოზის კონცენტრაციას სისხლში. თუ გლუკოზის დონე ძალიან მაღალი ხდება, ადამიანი შეიძლება კომაში ჩავარდეს.

გლუკოზის რეგულაციას აკონტროლებს პანკრეასი.

თუ სისხლში გლუკოზის დონე ძალიან მაღალია, პანკრეასი გამოყოფს ინსულინს სისხლის ნაკადში. ინსულინი ხელს უწყობს უჯრედებში გლუკოზის გამოყენებას და ეხმარება უჯრედულ სუნთქვას. შემდეგ სისხლში გლუკოზის დონე იკლებს. თუ გლუკოზის დონე ძალიან დაბალია, პანკრეასი აჩვენებს ღვიძლს, რომ გაათავისუფლოს მეტი გლუკოზა. ღვიძლს შეუძლია შეინარჩუნოს ჭარბი გლუკოზა და ათავისუფლებს მას, რათა დაეხმაროს გლუკოზის ჰომეოსტაზის შენარჩუნებას.

კრებსის ციკლის მთავარი ფუნქციაა ფერმენტების გარდაქმნა, რომელსაც ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი იყენებს ენერგიის წარმოებისთვის. ციკლი თვითკმარია იმით, რომ ის ხელახლა იყენებს მის შემადგენელ ქიმიკატებს მუდმივად განმეორებად თანმიმდევრობით. ფერმენტები NAD და FAD იცვლება მაღალენერგეტიკული მოლეკულების NADH და FADH₂ რომელსაც შეუძლია ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვის გაძლიერება.

კრებსის ციკლი შედგება შემდეგი ნაბიჯებისაგან:

1. გლიკოლიზის დროს გლუკოზის გაყოფის შედეგად შექმნილი პირუვატის მოლეკულები შედიან უჯრედულ მიტოქონდრიებში, სადაც ფერმენტი მეტაბოლიზდება მათში აცეტილ CoA კრებების ციკლის დასაწყებად.
2. აცეტილის ჯგუფი აერთიანებს ოთხ ნახშირბადის ოქსალოაცეტატს და ქმნის ა ციტრატი.
3. ციტრატი კარგავს ნახშირბადის ორ მოლეკულას და ქმნის ნახშირორჟანგის ორ მოლეკულას, გაწყვეტილი ბმებიდან მიღებულ ენერგიას იყენებს ორი NADH მოლეკულები.
4. ოქსალოაცეტატის მოლეკულა რეგენერირდება, წარმოქმნის ან FADH₂ მოლეკულა და შემდგომი NADH მოლეკულა.
5. ოქსალოაცეტატი რეაქციების ახალი თანმიმდევრობის დაწყებისას მოლეკულა ხელმისაწვდომია სხვა ციკლისთვის.
6. NADH და FADH₂ მოლეკულები მიგონდრიის შიდა მემბრანაში მიგრირებენ, სადაც ისინი ენერგიას ახდენენ ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი.

თავისი როლით უჯრედული სუნთქვა, კრებსის ციკლი ახდენს გავლენას გლუკოზის ჰომეოსტაზზე. გლუკოზის მეტაბოლიზმის რეგულირების გზით, მას შეუძლია მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს ორგანიზმში საერთო ჰომეოსტაზში.

უჯრედული სუნთქვის დროს წარმოქმნილი ფერმენტები ხელს უწყობენ უჯრედების ჰომეოსტაზში შენარჩუნებას.

კლებების ციკლისა და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვისთვის საჭიროა ისეთი მოლეკულები, როგორიცაა NAD და FAD. დამატებითი ფერმენტები აჩქარებენ ან ანელებს კრებსის ციკლს, რაც დამოკიდებულია უჯრედის სიგნალზე. უჯრედები აგზავნიან სიგნალებს დისბალანსის დასაზუსტებლად და ითხოვენ კრებსის ციკლს, რათა დაეხმაროს ჰომეოსტაზის შენარჩუნებას იმ ნივთიერებებისა და ცვლადების მიმართ, რომლებზეც შეიძლება გავლენა მოახდინოს.

მას შემდეგ, რაც კრებსის ციკლი წარმოადგენს მეტაბოლური ჯაჭვი რომელიც იყენებს გლუკოზას და ჟანგბადს ნახშირორჟანგისა და წყლის წარმოებისას, ციკლმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ამ ოთხი ნივთიერების დონეზე და გამოიწვიოს სხვა მეტაბოლური ფუნქციების კორექტირება. მაგალითად, თუ საჭიროა მეტაბოლიზმის მაღალი მაჩვენებელი, რადგან სხეული ახორციელებს დატვირთულ საქმიანობას, უჯრედებში ჟანგბადის დონე შეიძლება დაიწიოს. ნელი კრების ციკლი აიძულებს სხეულს უფრო სწრაფად ისუნთქოს და გული უფრო სწრაფად ტუმბოს, უჯრედებს საჭირო ჟანგბადს აწვდის.

იგივე ტიპის მექანიზმმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ისეთ გამომწვევებზე, როგორიცაა შიმშილი, წყურვილი ან სხეულის ტემპერატურის მომატების ან შემცირების მცდელობა. შიმშილი და წყურვილი გამოიწვევს ინდივიდს საჭმლისა და წყლის ძიებაში. ადამიანი, ვინც თავს ძალიან ცხელა, ოფლიანდება, ეძებს ჩრდილს და ამოიღებს ტანსაცმლის ნივთებს. ადამიანი, ვინც სიცივეს გრძნობს, კანკალებს, თბილ ადგილს ეძებს და ტანსაცმლის ფენებს ამატებს.

უჯრედების მეტაბოლიზმში თავისი განსაკუთრებული როლით, კრებსის ციკლი ხელს უწყობს ჰომეოსტაზის შენარჩუნებას სხეულში და გავლენას ახდენს ქცევაზეც.