Krebs-syklusen og homeostasen

Krebs-syklusen, oppkalt etter den tysk-britiske biokjemikeren Hans Adolf Krebs, er en viktig del av cellulær metabolisme.

For å vokse og utføre sine funksjoner i kroppen, må celler metabolisere glukose for å produsere energi. De kan da bruke denne energien til å syntetisere de organiske molekylene kroppen trenger og for spesifikke funksjoner som bevegelse inn muskelceller eller fordøyelse i magen. I 1937 oppdaget Krebs Krebs-syklusreaksjonen, også kjent som sitronsyresyklusen, som utgjør en stor del av denne metabolske prosessen.

I løpet av splitting og metabolisering av glukosemolekyler, må celler sørge for at de mange kroppsvariablene som temperatur, hjerterytme og respirasjon holdes på stabile nivåer. Homeostase beskriver prosessen der celler regulerer effekten av hormoner, enzymer og metabolisme for å holde kroppen i orden, innenfor sikre grenser.

Som en del av glukosemetabolisme, reguleringen av Krebs-syklusen hjelper celler med deres homeostase.

Avanserte organismer tar i seg næringsstoffer og metaboliserer dem slik at de kan fortsette sine normale aktiviteter. Den viktigste kilden til metabolsk energi er nedbrytningen av glukose til karbondioksid og vann i nærvær av oksygen.

For å opprettholde homeostase, må nivåene av glukose, oksygen og metabolske produkter reguleres tett. Hvert trinn i den metabolske prosessen, inkludert Krebs sykler trinn, hjelper til med å regulere de organiske stoffene den kontrollerer.

De viktigste metabolske trinnene inkluderer følgende:

• Fordøyelse

1. Maten blir introdusert i munnhulen. Nedbrytningen av karbohydrater starter med spytt.
2. Svelget mat kommer inn i magen. Magesaft fordøyer maten ytterligere.
3. Komplekse karbohydrater brytes ned til glukose og andre biprodukter i tarmene. Glukosen absorberes av tarmveggene og kommer inn i blodstrømmen.

• Cellular Respiration

1. Blod med oksygen fra lungene og glukose fra tarmene pumpes ut til kapillærene der oksygen og glukose diffunderer inn i individuelle celler.
2. Inne i hver celle ringte en kjemisk reaksjon glykolyse deler glukosemolekylene og produserer enzymer og energibærende molekyler som kalles ATP (adenosintrifosfat).
3. De Krebs sykler trinn bruk noen av enzymene produsert ved glykolyse for å produsere ekstra enzymer, mer ATP og karbondioksid.
4. Enzymer produsert av glykolyse og Krebs-syklusen kommer inn i elektrontransportkjede og produserer et stort antall ATP-molekyler. De siste hydrogenreaksjonsproduktene kombineres med oksygen for å danne vann.

• Eliminering

1. Karbondioksid og vann diffunderer ut av cellene i blodstrømmen og føres tilbake til hjertet gjennom venene.
2. Blodet pumpes gjennom lungene til eliminere karbondioksid og gjennom nyrene til eliminere overflødig vann.

For hvert trinn må kroppen, organene og cellene holde kroppsvariabler som temperatur, glukosenivå og blodtrykk jevne på normale nivåer. Denne homeostatiske reguleringen styres av virkningen av hormoner og enzymer som kreves for at hvert trinn av metabolismen skal fortsette.

Hvis det er for mye eller for lite av et bestemt stoff, vil et enzym øke eller redusere de tilsvarende metabolske trinnene til homeostase er etablert igjen.

Glukose er hovedinngangen for cellulær respirasjon, og dens biprodukter brukes i Krebs-syklusen. Nivået av glukose i blodet må kontrolleres innenfor et tett område. Hvis det ikke er nok glukose som når cellene, vil de ikke lenger kunne bruke cellulær respirasjon og Krebs-syklusen som energikilde. I stedet kan de begynne å bryte ned fett eller til og med muskelvev.

Å ha for mye glukose i blodet kan også være skadelig. Først prøver kroppen å kvitte seg med den ekstra glukosen ved å fjerne den fra blodet i nyrene og eliminere den gjennom urinen. Overdreven vannlating dehydrerer kroppen og øker konsentrasjonen av glukose i blodet. Hvis glukosenivået blir for høyt, kan personen falle i koma.

Glukoseregulering styres av bukspyttkjertelen.

Hvis nivået av glukose i blodet er for høyt, frigjør bukspyttkjertelen insulin i blodstrømmen. Insulin fremmer bruken av glukose i cellene og hjelper med cellulær respirasjon. Glukosenivået i blodet synker deretter. Hvis glukosenivået er for lavt, signaliserer bukspyttkjertelen leveren om å frigjøre mer glukose. Leveren er i stand til å lagre overflødig glukose og frigjør den for å opprettholde glukosehomeostase.

Hovedfunksjonen til Krebs-syklusen er å konvertere enzymer som elektrontransportkjeden bruker til å produsere energi. Syklusen er selvstendig ved at den gjenbruker kjemiske bestanddeler i en kontinuerlig repeterende sekvens. Enzymene NAD og FAD endres til høyenergimolekyler NADH og FADH₂ som kan drive elektrontransportkjeden.

Krebs-syklusen består av følgende trinn:

1. Pyruvatmolekylene opprettet ved å dele glukose under glykolyse kommer inn i celle mitokondrier der et enzym metaboliserer dem til Acetyl CoA for å starte Krebs-syklusen.
2. Acetylgruppen kombineres med et karbonoksaloacetat for å danne en sitrat.
3. Sitratet mister to karbonmolekyler for å danne to karbondioksidmolekyler, ved å bruke energien fra de ødelagte bindingene til å produsere to NADH molekyler.
4. Et oksaloacetatmolekyl regenereres og produserer et FADH₂ molekyl og et ytterligere NADH-molekyl.
5. De oksaloacetat molekylet er tilgjengelig for en ny syklus ved starten av en ny reaksjonssekvens.
6. NADH og FADH₂ molekyler migrerer til den indre membranen i mitokondriene der de driver elektrontransportkjede.

Gjennom sin rolle i cellulær respirasjon, påvirker Krebs-syklusen glukose-homeostase. Gjennom regulering av glukosemetabolismen kan det spille en viktig rolle i den totale homeostase i kroppen.

Enzymer som produseres under cellulær respirasjon hjelper til med å holde celler i homeostase.

Molekyler som NAD og FAD er nødvendige for at Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden skal fortsette. Ytterligere enzymer fremskynder eller reduserer Krebs-syklusen, avhengig av cellesignalering. Celler sender signaler for å indikere en ubalanse og ber om Krebs-syklusen for å opprettholde homeostase for stoffene og variablene den kan påvirke.

Siden Krebs-syklusen er en del av metabolsk kjede som bruker glukose og oksygen mens de produserer karbondioksid og vann, kan syklusen påvirke nivåene av disse fire stoffene og utløse justeringer i andre metabolske funksjoner. For eksempel, hvis det kreves høy metabolisme fordi kroppen påtar seg hard aktivitet, kan oksygennivået i cellene gå ned. En avtagende Krebs-syklus tvinger kroppen til å puste raskere og hjertet til å pumpe raskere og levere det nødvendige oksygenet til cellene.

Samme type mekanisme kan påvirke utløsere som sult, tørst eller forsøk på å øke eller senke kroppstemperaturen. Sult og tørst vil få et individ til å lete etter mat og vann. Noen som føler seg for varme vil svette, se etter skygge og fjerne klesplagg. Noen som føler seg kalde, skal skjelve, se etter et varmt sted og legge til kleslag.

Gjennom sin unike rolle i cellemetabolismen, har Krebs-syklus hjelper til med å opprettholde homeostase i kroppen og påvirker atferd også.