Krebso ciklas ir homeostazė

Krebso ciklas, pavadintas vokiečių ir britų biochemiko Hanso Adolfo Krebso vardu, yra pagrindinė ląstelių metabolizmo dalis.

Norėdami augti ir vykdyti savo funkcijas organizme, ląstelės turi metabolizuoti gliukozę, kad gautų energijos. Tada jie gali naudoti šią energiją organizmui reikalingų organinių molekulių sintezei ir specifinėms funkcijoms, tokioms kaip judėjimas raumenų ląstelės ar virškinimas skrandyje. 1937 m. Krebas atrado Krebso ciklo reakciją, dar vadinamą citrinos rūgšties ciklu, kuri sudaro didžiąją šio metabolizmo proceso dalį.

Skaldant ir metabolizuojant gliukozės molekules, ląstelės turi įsitikinti, kad daugybė kūno kintamųjų, tokių kaip temperatūra, širdies plakimas ir kvėpavimas, yra stabilūs. Homeostazė apibūdina procesą, kurio metu ląstelės reguliuoja hormonų, fermentų ir medžiagų apykaitos poveikį, kad organizmas veiktų tinkamai ir saugiai.

Dalis gliukozės apykaita, Krebso ciklo reguliavimas padeda ląstelėms homeostazėje.

Pažengę organizmai įsisavina maistines medžiagas ir jas metabolizuoja, kad galėtų tęsti įprastą veiklą. Pagrindinis metabolinės energijos šaltinis yra gliukozės suskaidymas į anglies dioksidą ir vandenį esant deguoniui.

Norint palaikyti homeostazę, reikia griežtai reguliuoti gliukozės, deguonies ir medžiagų apykaitos produktų kiekį. Kiekvienas metabolizmo proceso etapas, įskaitant Krebso ciklas veiksmus, padeda reguliuoti organines medžiagas, kurias ji kontroliuoja.

Pagrindiniai medžiagų apykaitos etapai yra šie:

• Virškinimas

1. Maistas įleidžiamas į burnos ertmę. Angliavandenių skilimas prasideda nuo seilių.
2. Nurytas maistas patenka į skrandį. Skrandžio sultys toliau virškina maistą.
3. Sudėtingi angliavandeniai skirstomi į gliukozę ir kiti žarnų šalutiniai produktai. Gliukozė absorbuojama žarnyno sienelėse ir patenka į kraują.

• Ląstelinis kvėpavimas

1. Kraujas su deguonimi iš plaučių ir gliukozė iš žarnyno pumpuojamas į kapiliarus, kur deguonis ir gliukozė difunduoja į atskiras ląsteles.
2. Kiekvienos ląstelės viduje įvyko cheminė reakcija glikolizė skaido gliukozės molekules ir gamina fermentus bei energiją nešančias molekules, vadinamas ATP (adenozino trifosfatas).
3. The Krebso ciklo žingsniai naudokite kai kuriuos glikolizės metu gautus fermentus, kad gautumėte papildomų fermentų, daugiau ATP ir anglies dioksido.
4. Fermentai, gaminami glikolizės ir Krebso ciklo metu, patenka į elektronų perdavimo grandinė ir gamina daug ATP molekulių. Galutiniai vandenilio reakcijos produktai kartu su deguonimi sudaro vandenį.

• Pašalinimas

1. Anglies dioksidas ir vanduo iš ląstelių difunduoja į kraują ir venomis perduodami atgal į širdį.
2. Kraujas pumpuojamas per plaučius pašalinti anglies dioksidą o pro inkstus iki pašalinti vandens perteklių.

Kiekviename etape kūnas, jo organai ir ląstelės turi išlaikyti kūno kintamuosius, tokius kaip temperatūra, gliukozės lygis ir kraujospūdis, esant pastoviam normaliam lygiui. Šį homeostatinį reguliavimą kontroliuoja hormonų ir fermentų, reikalingų kiekvienam metabolizmo žingsniui, veikla.

Jei tam tikros medžiagos yra per daug arba per mažai, fermentas pagreitins arba sulėtins atitinkamus medžiagų apykaitos etapus, kol vėl bus nustatyta homeostazė.

Gliukozė yra pagrindinis ląstelių kvėpavimo įnašas, o jo šalutiniai produktai naudojami Krebso cikle. Gliukozės kiekis kraujyje turi būti kontroliuojamas griežtai. Jei nepakanka gliukozės, pasiekiančios ląsteles, jos nebegalės naudoti ląstelių kvėpavimo ir Krebso ciklo kaip energijos šaltinio. Vietoj to jie gali pradėti skaidyti riebalus ar net raumenų audinius.

Per didelis gliukozės kiekis kraujyje taip pat gali būti žalingas. Pirma, kūnas bando atsikratyti papildomos gliukozės, pašalindamas ją iš inkstų kraujo ir pašalindamas per šlapimą. Pernelyg didelis šlapinimasis dehidratuoja organizmą ir padidina gliukozės koncentraciją kraujyje. Jei gliukozės lygis tampa per didelis, asmuo gali patekti į komą.

Gliukozės reguliavimą kontroliuoja kasa.

Jei gliukozės kiekis kraujyje yra per didelis, kasa išskiria insuliną į kraują. Insulinas skatina gliukozės naudojimą ląstelėse ir padeda ląstelių kvėpavimui. Tada sumažėja gliukozės kiekis kraujyje. Jei gliukozės lygis per mažas, kasa signalizuoja kepenims, kad jos išleistų daugiau gliukozės. Kepenys sugeba kaupti gliukozės perteklių ir jį išskiria, kad padėtų palaikyti gliukozės homeostazę.

Pagrindinė Krebso ciklo funkcija yra konvertuoti fermentus, kuriuos elektronų transportavimo grandinė naudoja energijai gaminti. Ciklas yra savarankiškas tuo, kad jis pakartotinai naudoja sudedamąsias dalis chemikalų nuolat kartojantis. Fermentai NAD ir FAD keičiami į didelės energijos molekules NADH ir FADH₂ kad gali maitinti elektronų transportavimo grandinę.

Krebso ciklą sudaro šie žingsniai:

1. Glikolizės metu suskaidžius gliukozę sukurtos piruvato molekulės patenka į ląstelės mitochondrijas, kuriose fermentas jas metabolizuoja į Acetil CoA pradėti Krebso ciklą.
2. Acetilo grupė susijungia su keturių anglių oksaloacetatu ir sudaro a citratas.
3. Citratas praranda dvi anglies molekules, kad susidarytų dvi anglies dioksido molekulės, panaudodamas suskaidytų jungčių energiją, kad gautų dvi NADH molekulės.
4. Regeneruojama oksaloacetato molekulė, gaminant FADH₂ molekulė ir dar viena NADH molekulė.
5. The oksaloacetatas molekulė yra prieinama kitam ciklui pradedant naują reakcijų seką.
6. NADH ir FADH₂ molekulės migruoja į mitochondrijų vidinę membraną, kur jos veikia elektronų perdavimo grandinė.

Per savo vaidmenį ląstelinis kvėpavimas, Krebso ciklas daro įtaką gliukozės homeostazei. Reguliuodamas gliukozės apykaitą, jis gali atlikti svarbų vaidmenį bendroje homeostazėje organizme.

Fermentai, kurie gaminasi korinio kvėpavimo metu, padeda išlaikyti ląsteles homeostazėje.

Krebso ciklui ir elektronų perdavimo grandinei vykti reikalingos tokios molekulės kaip NAD ir FAD. Papildomi fermentai pagreitina arba sulėtina Krebso ciklą, atsižvelgiant į ląstelių signalizaciją. Ląstelės siunčia signalus, rodančius disbalansą, ir prašo Krebso ciklo padėti išlaikyti homeostazę medžiagoms ir kintamiesiems, kuriems ji gali turėti įtakos.

Kadangi Krebso ciklas yra dalis medžiagų apykaitos grandinė kuris naudoja gliukozę ir deguonį gamindamas anglies dioksidą ir vandenį, ciklas gali paveikti šių keturių medžiagų kiekį ir sukelti kitų medžiagų apykaitos funkcijų koregavimą. Pvz., Jei reikalingas didelis medžiagų apykaitos greitis, nes organizmas dirba sunkiai, deguonies lygis ląstelėse gali sumažėti. Lėtėjantis Krebso ciklas priverčia kūną kvėpuoti greičiau, o širdis - greičiau pumpuoti, o ląstelėms tiekia reikiamą deguonį.

To paties tipo mechanizmai gali paveikti tokius veiksnius kaip alkis, troškulys ar bandymai pakelti ar sumažinti kūno temperatūrą. Alkis ir troškulys paskatins asmenį ieškoti maisto ir vandens. Tas, kuris jaučiasi per karštas, prakaituos, ieškos šešėlio ir pašalins drabužius. Kažkas, kuris jaučia šaltį, drebės, ieškos šiltos vietos ir pridės drabužių sluoksnius.

Dėl savo unikalaus vaidmens ląstelių apykaitoje, Krebso ciklas padeda palaikyti homeostazę kūne ir įtakoja elgesį.