De Krebs-cyclus en homeostase

De Krebs-cyclus, genoemd naar de Duits-Britse biochemicus Hans Adolf Krebs, is een belangrijk onderdeel van het cellulaire metabolisme.

Om te groeien en hun functies in het lichaam uit te voeren, moeten cellen glucose metaboliseren om energie te produceren. Ze kunnen deze energie vervolgens gebruiken om de organische moleculen te synthetiseren die het lichaam nodig heeft en voor specifieke functies zoals beweging in spiercellen of vertering in de maag. In 1937 ontdekte Krebs de Krebs-cyclusreactie, ook bekend als de citroenzuurcyclus, die een belangrijk onderdeel vormt van dit stofwisselingsproces.

Bij het splitsen en metaboliseren van glucosemoleculen moeten cellen ervoor zorgen dat de vele lichaamsvariabelen zoals temperatuur, hartslag en ademhaling op een stabiel niveau worden gehouden. Homeostase beschrijft het proces waarbij cellen de effecten van hormonen, enzymen en metabolisme reguleren om het lichaam binnen veilige grenzen goed te laten werken.

Als onderdeel van glucose metabolisme, helpt de regulatie van de Krebs-cyclus cellen met hun homeostase.

Geavanceerde organismen nemen voedingsstoffen op en metaboliseren deze zodat ze hun normale activiteiten kunnen voortzetten. De belangrijkste bron van metabolische energie is de afbraak van glucose in koolstofdioxide en water in aanwezigheid van zuurstof.

Om de homeostase te behouden, moeten de niveaus van glucose, zuurstof en de stofwisselingsproducten strak worden gereguleerd. Elke stap van het stofwisselingsproces, inclusief de citroenzuurcyclus stappen, helpt bij het reguleren van de organische stoffen die het controleert.

De belangrijkste metabolische stappen omvatten de volgende:

• Spijsvertering

1. Voedsel wordt in de mondholte gebracht. De afbraak van koolhydraten begint met speeksel.
2. Doorgeslikt voedsel komt in de maag. Maagsappen verteren het voedsel verder.
3. Complexe koolhydraten worden afgebroken tot glucose en andere bijproducten in de darmen. De glucose wordt opgenomen door de wanden van de darmen en komt in de bloedbaan terecht.

• Cellulaire ademhaling

1. Bloed met zuurstof uit de longen en glucose uit de darmen wordt naar de haarvaten gepompt waar de zuurstof en glucose in individuele cellen diffunderen.
2. In elke cel vindt een chemische reactie plaats, genaamd glycolyse splitst de glucosemoleculen en produceert enzymen en energiedragende moleculen genaamd ATP (adenosinetrifosfaat).
3. De Krebs-cyclusstappen gebruik enkele van de enzymen die door glycolyse worden geproduceerd om extra enzymen, meer ATP en koolstofdioxide te produceren.
4. De enzymen geproduceerd door glycolyse en de Krebs-cyclus komen de elektronentransportketen en produceren een groot aantal ATP-moleculen. De uiteindelijke waterstofreactieproducten combineren met zuurstof om water te vormen.

• Uitschakeling

1. De kooldioxide en het water diffunderen uit de cellen in de bloedstroom en worden via de aderen terug naar het hart geleid.
2. Het bloed wordt door de longen gepompt om koolstofdioxide elimineren en via de nieren naar overtollig water verwijderen.

Bij elke stap moeten het lichaam, zijn organen en cellen lichaamsvariabelen zoals temperatuur, glucosespiegels en bloeddruk op een normaal niveau houden. Deze homeostatische regulatie wordt gecontroleerd door de werking van hormonen en enzymen die nodig zijn om elke stap van het metabolisme te laten verlopen.

Als er te veel of te weinig van een bepaalde stof is, zal een enzym de bijbehorende metabolische stappen versnellen of vertragen totdat de homeostase weer is bereikt.

Glucose is de belangrijkste input voor cellulaire ademhaling en de bijproducten ervan worden gebruikt in de Krebs-cyclus. Het glucosegehalte in het bloed moet binnen een nauw bereik worden gecontroleerd. Als er niet genoeg glucose de cellen bereikt, kunnen ze de celademhaling en de Krebs-cyclus niet langer als energiebron gebruiken. In plaats daarvan kunnen ze vetten of zelfs spierweefsel gaan afbreken.

Te veel glucose in het bloed kan ook schadelijk zijn. Ten eerste probeert het lichaam de extra glucose kwijt te raken door deze uit het bloed in de nieren te verwijderen en via de urine te verwijderen. Overmatig urineren droogt het lichaam uit en verhoogt de glucoseconcentratie in het bloed. Als het glucosegehalte te hoog wordt, kan het individu in coma raken.

De glucoseregulatie wordt geregeld door de alvleesklier.

Als het glucosegehalte in het bloed te hoog is, geeft de alvleesklier insuline af aan de bloedbaan. Insuline bevordert het gebruik van glucose in de cellen en helpt bij de celademhaling. Het glucosegehalte in het bloed daalt dan. Als de glucosespiegel te laag is, geeft de alvleesklier een signaal aan de lever om meer glucose af te geven. De lever is in staat overtollige glucose op te slaan en af ​​te geven om de glucosehomeostase te helpen handhaven.

De belangrijkste functie van de Krebs-cyclus is het omzetten van enzymen die de elektronentransportketen gebruikt om energie te produceren. De cyclus is op zichzelf staand in die zin dat de samenstellende chemicaliën worden hergebruikt in een zich voortdurend herhalende volgorde. De enzymen NAD en FAD worden veranderd in hoogenergetische moleculen NADH en FADH₂ die de elektronentransportketen van stroom kunnen voorzien.

De Krebs-cyclus bestaat uit de volgende stappen:

1. De pyruvaatmoleculen die worden gecreëerd door glucose te splitsen tijdens glycolyse komen de mitochondriën van de cel binnen waar een enzym ze metaboliseert tot Acetyl COA om de Krebs-cyclus te starten.
2. De acetylgroep combineert met een vier-koolstof oxaalacetaat om a te vormen citraat.
3. Het citraat verliest twee koolstofmoleculen om twee koolstofdioxidemoleculen te vormen, waarbij de energie van de verbroken bindingen wordt gebruikt om er twee te produceren NADH moleculen.
4. Een oxaalacetaatmolecuul wordt geregenereerd, waardoor een FADH₂ molecuul en nog een NADH-molecuul.
5. De oxaalacetaat molecuul beschikbaar is voor een volgende cyclus aan het begin van een nieuwe reeks reacties.
6. De NADH en FADH₂ moleculen migreren naar het binnenmembraan van de mitochondriën waar ze de elektronentransportketen.

Door zijn rol in cellulaire ademhaling, beïnvloedt de Krebs-cyclus de glucosehomeostase. Door regulering van het glucosemetabolisme kan het een belangrijke rol spelen in de algehele homeostase in het lichaam.

De enzymen die worden geproduceerd tijdens cellulaire ademhaling helpen de cellen in homeostase te houden.

Moleculen zoals NAD en FAD zijn nodig om de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen te laten verlopen. Extra enzymen versnellen of vertragen de Krebs-cyclus, afhankelijk van celsignalering. Cellen sturen signalen om een ​​onbalans aan te geven en vragen de Krebs-cyclus om de homeostase te helpen handhaven voor de stoffen en variabelen die het kan beïnvloeden.

Aangezien de Krebs-cyclus deel uitmaakt van de stofwisselingsketen die glucose en zuurstof gebruikt terwijl ze koolstofdioxide en water produceert, kan de cyclus de niveaus van deze vier stoffen beïnvloeden en aanpassingen in andere metabolische functies veroorzaken. Als er bijvoorbeeld een hoge stofwisseling nodig is omdat het lichaam inspannende activiteiten onderneemt, kunnen de zuurstofniveaus in de cellen dalen. Een vertragende Krebs-cyclus dwingt het lichaam om sneller te ademen en het hart om sneller te pompen, waardoor de benodigde zuurstof aan de cellen wordt geleverd.

Hetzelfde type mechanisme kan triggers beïnvloeden zoals honger, dorst of pogingen om de lichaamstemperatuur te verhogen of te verlagen. Honger en dorst zullen ervoor zorgen dat een persoon op zoek gaat naar voedsel en water. Iemand die het te warm heeft zal gaan zweten, schaduw zoeken en kledingstukken uittrekken. Iemand die het koud heeft zal rillen, een warme plek zoeken en kledinglagen aanbrengen.

Door zijn unieke rol in het celmetabolisme, Krebs-cyclus helpt de homeostase te behouden in het lichaam en beïnvloedt ook het gedrag.