Cykl Krebsa i homeostaza

Cykl Krebsa, nazwany na cześć niemiecko-brytyjskiego biochemika Hansa Adolfa Krebsa, jest kluczowym elementem metabolizmu komórkowego.

Aby rosnąć i pełnić swoje funkcje w organizmie, komórki muszą metabolizować glukozę w celu wytworzenia energii. Mogą następnie wykorzystać tę energię do syntezy cząsteczek organicznych, których potrzebuje organizm oraz do określonych funkcji, takich jak ruch w movement Komórki mięśniowe lub trawienie w żołądku. W 1937 Krebs odkrył reakcję cyklu Krebsa, znaną również jako cykl kwasu cytrynowego, która stanowi główną część tego procesu metabolicznego.

W trakcie rozszczepiania i metabolizowania cząsteczek glukozy komórki muszą upewnić się, że wiele zmiennych organizmu, takich jak temperatura, bicie serca i oddychanie, utrzymuje się na stabilnym poziomie. Homeostaza opisuje proces, w którym komórki regulują działanie hormonów, enzymów i metabolizmu, aby utrzymać prawidłowe funkcjonowanie organizmu w bezpiecznych granicach.

Jako część metabolizm glukozy, regulacja cyklu Krebsa pomaga komórkom w ich homeostazie.

Zaawansowane organizmy pobierają składniki odżywcze i metabolizują je, aby mogły prowadzić normalne czynności. Głównym źródłem energii metabolicznej jest rozkład glukozy na dwutlenek węgla i wodę w obecności tlenu.

Aby utrzymać homeostazę, poziom glukozy, tlenu i produktów przemiany materii musi być ściśle regulowany. Każdy etap procesu metabolicznego, w tym cykl Krebsa pomaga regulować substancje organiczne, które kontroluje.

Główne etapy metaboliczne obejmują:

• Trawienie

1. Pokarm jest wprowadzany do jamy ustnej. Rozkład węglowodanów zaczyna się od śliny.
2. Połknięty pokarm dostaje się do żołądka. Soki żołądkowe dodatkowo trawią pokarm.
3. Węglowodany złożone są rozkładane na glukozę i inne produkty uboczne w jelitach. Glukoza jest wchłaniana przez ściany jelit i dostaje się do krwiobiegu.

• Oddychania komórkowego

1. Krew z tlenem z płuc i glukoza z jelit jest pompowana do naczyń włosowatych, gdzie tlen i glukoza dyfundują do poszczególnych komórek.
2. Wewnątrz każdej komórki zachodzi reakcja chemiczna zwana glikoliza dzieli cząsteczki glukozy i wytwarza enzymy i cząsteczki przenoszące energię, zwane ATP (trójfosforan adenozyny).
3. Kroki cyklu Krebsa użyj niektórych enzymów wytwarzanych przez glikolizę, aby wyprodukować dodatkowe enzymy, więcej ATP i dwutlenku węgla.
4. Enzymy wytwarzane przez glikolizę i cykl Krebsa wchodzą do łańcuch transportu elektronów i wytwarzają dużą liczbę cząsteczek ATP. Końcowe produkty reakcji wodoru łączą się z tlenem, tworząc wodę.

• Eliminacja

1. Dwutlenek węgla i woda dyfundują z komórek do krwiobiegu i są przekazywane z powrotem do serca przez żyły.
2. Krew jest pompowana przez płuca, aby wyeliminować dwutlenek węgla i przez nerki do wyeliminować nadmiar wody.

Na każdym etapie ciało, jego narządy i komórki muszą utrzymywać takie zmienne organizmu jak temperatura, poziom glukozy i ciśnienie krwi na normalnym poziomie. Ta homeostatyczna regulacja jest kontrolowana przez działanie hormonów i enzymów, które są niezbędne do przebiegu każdego etapu metabolizmu.

Jeśli danej substancji jest za dużo lub za mało, enzym przyspieszy lub spowolni odpowiednie etapy metabolizmu, aż do przywrócenia homeostazy.

Glukoza jest głównym wkładem do oddychania komórkowego, a jego produkty uboczne są wykorzystywane w cyklu Krebsa. Poziom glukozy we krwi musi być kontrolowany w wąskim zakresie. Jeśli do komórek nie dociera wystarczająca ilość glukozy, nie będą one już mogły wykorzystywać oddychania komórkowego i cyklu Krebsa jako źródła energii. Zamiast tego mogą zacząć rozkładać tłuszcze, a nawet tkankę mięśniową.

Zbyt duża ilość glukozy we krwi również może być szkodliwa. Najpierw organizm próbuje pozbyć się nadmiaru glukozy, usuwając ją z krwi w nerkach i wydalając z moczem. Nadmierne oddawanie moczu odwadnia organizm i zwiększa stężenie glukozy we krwi. Jeśli poziom glukozy stanie się zbyt wysoki, osoba może zapaść w śpiączkę.

Regulacja glukozy jest kontrolowana przez trzustkę.

Jeśli poziom glukozy we krwi jest zbyt wysoki, trzustka uwalnia insulinę do krwiobiegu. Insulina wspomaga wykorzystanie glukozy w komórkach i wspomaga oddychanie komórkowe. Następnie poziom glukozy we krwi spada. Jeśli poziom glukozy jest zbyt niski, trzustka sygnalizuje wątrobie, aby uwolniła więcej glukozy. Wątroba jest w stanie magazynować nadmiar glukozy i uwalnia ją, aby pomóc w utrzymaniu homeostazy glukozy.

Główną funkcją cyklu Krebsa jest konwersja enzymów, które łańcuch transportu elektronów wykorzystuje do produkcji energii. Cykl jest samowystarczalny, ponieważ ponownie wykorzystuje składowe chemikalia w stale powtarzającej się sekwencji. Enzymy NAD i FAD są zamieniane na wysokoenergetyczne cząsteczki NADH i FADH₂ które mogą zasilać łańcuch transportu elektronów.

Cykl Krebsa składa się z następujących kroków:

1. Cząsteczki pirogronianu utworzone przez rozszczepienie glukozy podczas glikolizy dostają się do mitochondriów komórkowych, gdzie enzym metabolizuje je do Acetylo-CoA aby rozpocząć cykl Krebsa.
2. Grupa acetylowa łączy się z czterowęglowym szczawiooctanem, tworząc a cytrynian.
3. Cytrynian traci dwie cząsteczki węgla, tworząc dwie cząsteczki dwutlenku węgla, wykorzystując energię z przerwanych wiązań do wytworzenia dwóch NADH molekuły.
4. Cząsteczka szczawiooctanu jest regenerowana, wytwarzając FADH₂ cząsteczka i kolejna cząsteczka NADH.
5. szczawiooctan cząsteczka jest dostępna dla kolejnego cyklu na początku nowej sekwencji reakcji.
6. NADH i FADH₂ cząsteczki migrują do wewnętrznej błony mitochondriów, gdzie zasilają they łańcuch transportu elektronów.

Poprzez swoją rolę w oddychania komórkowegocykl Krebsa wpływa na homeostazę glukozy. Poprzez regulację metabolizmu glukozy może odgrywać ważną rolę w ogólnej homeostazie organizmu.

Enzymy wytwarzane podczas oddychania komórkowego pomagają utrzymać komórki w homeostazie.

Do przebiegu cyklu Krebsa i łańcucha transportu elektronów potrzebne są cząsteczki takie jak NAD i FAD. Dodatkowe enzymy przyspieszają lub spowalniają cykl Krebsa w zależności od sygnalizacji komórkowej. Komórki wysyłają sygnały wskazujące na brak równowagi i żądają cyklu Krebsa, aby pomóc w utrzymaniu homeostazy substancji i zmiennych, na które mogą wpływać.

Ponieważ cykl Krebsa stanowi część łańcuch metaboliczny który wykorzystuje glukozę i tlen podczas wytwarzania dwutlenku węgla i wody, cykl może wpływać na poziomy tych czterech substancji i wyzwalać korekty innych funkcji metabolicznych. Na przykład, jeśli wymagane jest wysokie tempo metabolizmu, ponieważ organizm podejmuje intensywną aktywność, poziom tlenu w komórkach może spaść. Spowalniający cykl Krebsa zmusza organizm do szybszego oddychania, a serce do szybszego pompowania, dostarczając wymagany tlen do komórek.

Ten sam rodzaj mechanizmu może wpływać na wyzwalacze, takie jak głód, pragnienie lub próby podwyższenia lub obniżenia temperatury ciała. Głód i pragnienie powodują, że człowiek szuka pożywienia i wody. Ktoś, komu jest za gorąco, będzie się pocił, szukał cienia i zdejmował części garderoby. Ktoś, komu jest zimno, zadrży, poszuka ciepłego miejsca i dołoży warstwy ubrania.

Poprzez swoją wyjątkową rolę w metabolizmie komórkowym, Cykl Krebsa pomaga w utrzymaniu homeostazy w ciele i wpływa również na zachowanie.