Krebsa cikls un homeostāze

Krebsa cikls, kas nosaukts vācu un britu bioķīmiķa Hansa Ādolfa Krebsa vārdā, ir galvenā šūnu vielmaiņas sastāvdaļa.

Lai augtu un veiktu savas funkcijas organismā, šūnām ir jāmaina glikoze, lai iegūtu enerģiju. Pēc tam viņi var izmantot šo enerģiju, lai sintezētu organismam nepieciešamās organiskās molekulas un veiktu īpašas funkcijas, piemēram, pārvietošanos muskuļu šūnas vai gremošana kuņģī. 1937. gadā Krebs atklāja Krebsa cikla reakciju, kas pazīstama arī kā citronskābes cikls, kas veido lielāko daļu šī vielmaiņas procesa.

Sadalot un metabolizējot glikozes molekulas, šūnām jāpārliecinās, ka daudzie ķermeņa mainīgie, piemēram, temperatūra, sirdsdarbība un elpošana, tiek uzturēti stabilā līmenī. Homeostāze apraksta procesu, kurā šūnas regulē hormonu, enzīmu un vielmaiņas ietekmi, lai ķermenis darbotos pareizi, drošās robežās.

Kā daļa no glikozes vielmaiņa, Krebsa cikla regulēšana palīdz šūnām ar homeostāzi.

Uzlaboti organismi uzņem barības vielas un metabolizē tās, lai viņi varētu turpināt savu parasto darbību. Galvenais vielmaiņas enerģijas avots ir glikozes sadalīšanās oglekļa dioksīdā un ūdenī skābekļa klātbūtnē.

Lai uzturētu homeostāzi, ir stingri jāregulē glikozes, skābekļa un vielmaiņas produktu līmenis. Katrs vielmaiņas procesa posms, ieskaitot Krebsa cikls darbības, palīdz regulēt organiskās vielas, kuras tā kontrolē.

Galvenie vielmaiņas posmi ir šādi:

• Gremošana

1. Pārtika tiek ievadīta mutes dobumā. Ogļhidrātu sadalīšana sākas ar siekalām.
2. Norīta pārtika nonāk kuņģī. Kuņģa sulas vēl vairāk sagremo pārtiku.
3. Kompleksie ogļhidrāti tiek sadalīti glikozē un citi blakusprodukti zarnās. Glikozi absorbē zarnu sienas un nonāk asinsritē.

• Šūnu elpošana

1. Asinis ar skābekli no plaušām un glikozi no zarnām izsūknē kapilāros, kur skābeklis un glikoze izkliedējas atsevišķās šūnās.
2. Katras šūnas iekšpusē tika saukta ķīmiskā reakcija glikolīze sašķeļ glikozes molekulas un ražo fermentus un enerģiju nesošās molekulas, ko sauc ATP (adenozīna trifosfāts).
3. The Krebsa cikla soļi izmantojiet dažus no glikolīzes rezultātā iegūtajiem fermentiem, lai iegūtu papildu fermentus, vairāk ATP un oglekļa dioksīdu.
4. Fermenti, ko ražo glikolīze un Krebsa cikls, nonāk elektronu transporta ķēde un ražo lielu skaitu ATP molekulu. Galīgie ūdeņraža reakcijas produkti kopā ar skābekli veido ūdeni.

• Novēršana

1. Oglekļa dioksīds un ūdens no šūnām izkliedējas asinsritē un caur vēnām atkal nonāk sirdī.
2. Asinis tiek sūknētas caur plaušām uz novērst oglekļa dioksīdu un caur nierēm uz novērst lieko ūdeni.

Katram solim ķermenim, tā orgāniem un šūnām ir jāuztur ķermeņa mainīgie, piemēram, temperatūra, glikozes līmenis un asinsspiediens normālā līmenī. Šo homeostatisko regulējumu kontrolē hormonu un enzīmu darbība, kas nepieciešami katra vielmaiņas posma norisei.

Ja konkrētās vielas ir par daudz vai par maz, ferments paātrinās vai palēninās atbilstošās vielmaiņas darbības, līdz atkal tiks izveidota homeostāze.

Glikoze ir galvenā šūnu elpošanas ievade, un tās blakusprodukti tiek izmantoti Krebsa ciklā. Glikozes līmenis asinīs jākontrolē stingrā diapazonā. Ja šūnām nav pietiekami daudz glikozes, tās vairs nevarēs izmantot šūnu elpošanu un Krebsa ciklu kā enerģijas avotu. Tā vietā viņi var sākt sadalīt taukus vai pat muskuļu audus.

Pārāk daudz glikozes līmenis asinīs var būt kaitīgs. Pirmkārt, ķermenis mēģina atbrīvoties no papildu glikozes, noņemot to no asinīm nierēs un izvadot to ar urīnu. Pārmērīga urinēšana dehidrē ķermeni un palielina glikozes koncentrāciju asinīs. Ja glikozes līmenis kļūst pārāk augsts, indivīds var nonākt komā.

Glikozes regulēšanu kontrolē aizkuņģa dziedzeris.

Ja glikozes līmenis asinīs ir pārāk augsts, aizkuņģa dziedzeris izdala insulīnu asinīs. Insulīns veicina glikozes izmantošanu šūnās un palīdz ar šūnu elpošanu. Pēc tam glikozes līmenis asinīs samazinās. Ja glikozes līmenis ir pārāk zems, aizkuņģa dziedzeris dod signālu aknām, lai atbrīvotu vairāk glikozes. Aknas spēj uzglabāt lieko glikozi un atbrīvo to, lai palīdzētu uzturēt glikozes homeostāzi.

Krebsa cikla galvenā funkcija ir pārveidot fermentus, kurus elektronu transporta ķēde izmanto enerģijas ražošanai. Cikls ir pašpietiekams, jo tas atkārtoti izmanto savas ķīmiskās vielas nepārtraukti atkārtojas. Fermenti NAD un FAD tiek mainīti uz augstas enerģijas molekulām NADH un FADH₂ kas var darbināt elektronu transporta ķēdi.

Krebsa ciklu veido šādas darbības:

1. Piruvāta molekulas, kas izveidotas, sadalot glikozi glikolīzes laikā, nonāk šūnu mitohondrijās, kur enzīms tās metabolizē Acetil CoA sākt Krebsa ciklu.
2. Acetilgrupa apvienojas ar četru oglekļa oksaloacetātu, veidojot a citrāts.
3. Citrāts zaudē divas oglekļa molekulas, veidojot divas oglekļa dioksīda molekulas, izmantojot šķelto saišu enerģiju, lai iegūtu divas NADH molekulas.
4. Oksaloacetāta molekula tiek atjaunota, iegūstot FADH₂ molekula un vēl viena NADH molekula.
5. The oksaloacetāts molekula ir pieejama citam ciklam, sākot jaunu reakciju secību.
6. NADH un FADH₂ molekulas migrē uz mitohondriju iekšējo membrānu, kur tās baro elektronu transporta ķēde.

Ar savu lomu šūnu elpošana, Krebsa cikls ietekmē glikozes homeostāzi. Regulējot glikozes metabolismu, tam var būt nozīmīga loma kopējā homeostāzē organismā.

Šūnu elpošanas laikā radušies fermenti palīdz saglabāt šūnas homeostāzē.

Lai turpinātu Krebsa ciklu un elektronu transporta ķēdi, ir nepieciešamas tādas molekulas kā NAD un FAD. Papildu fermenti paātrina vai palēnina Krebsa ciklu atkarībā no šūnu signāla. Šūnas sūta signālus, lai norādītu uz nelīdzsvarotību, un pieprasa Krebsa ciklu, lai palīdzētu uzturēt homeostāzi vielām un mainīgajiem, kurus tā var ietekmēt.

Tā kā Krebsa cikls ir daļa no vielmaiņas ķēde kas izmanto glikozi un skābekli, vienlaikus ražojot oglekļa dioksīdu un ūdeni, cikls var ietekmēt šo četru vielu līmeni un izraisīt citu vielmaiņas funkciju korekcijas. Piemēram, ja ir nepieciešams augsts vielmaiņas ātrums, jo ķermenis veic intensīvu darbību, skābekļa līmenis šūnās var pazemināties. Palēninošs Krebsa cikls liek ķermenim elpot ātrāk un sirdij sūknēt ātrāk, piegādājot šūnām nepieciešamo skābekli.

Tā paša veida mehānismi var ietekmēt tādus izraisītājus kā izsalkums, slāpes vai mēģinājumi paaugstināt vai pazemināt ķermeņa temperatūru. Bads un slāpes liks indivīdam meklēt ēdienu un ūdeni. Kāds, kurš jūtas pārāk karsts, pasvīdīs, meklēs ēnu un noņems apģērba priekšmetus. Kāds, kurš jūtas auksts, nodrebēs, meklēs siltu vietu un pievienos apģērba slāņus.

Pateicoties unikālajai lomai šūnu metabolismā, Krebsa cikls palīdz uzturēt homeostāzi organismā un ietekmē arī uzvedību.