Ciclul Krebs și Homeostazia

Ciclul Krebs, numit după biochimistul germano-britanic Hans Adolf Krebs, este o parte cheie a metabolismului celular.

Pentru a crește și a-și îndeplini funcțiile în organism, celulele trebuie să metabolizeze glucoza pentru a produce energie. Aceștia pot folosi această energie pentru a sintetiza moleculele organice de care are nevoie corpul și pentru funcții specifice, cum ar fi mișcarea celulele musculare sau digestie în stomac. În 1937, Krebs a descoperit reacția ciclului Krebs, cunoscut și sub numele de ciclul acidului citric, care formează o parte majoră a acestui proces metabolic.

În timpul divizării și metabolizării moleculelor de glucoză, celulele trebuie să se asigure că numeroasele variabile ale corpului, cum ar fi temperatura, bătăile inimii și respirația, sunt menținute la niveluri stabile. Homeostazie descrie procesul prin care celulele reglează efectele hormonilor, enzimelor și metabolismului pentru a menține corpul funcționând corect, în limite sigure.

Ca parte din metabolismul glucozei, reglarea ciclului Krebs ajută celulele cu homeostazia lor.

Organismele avansate preiau substanțe nutritive și le metabolizează astfel încât să își poată desfășura activitățile normale. Sursa principală de energie metabolică este descompunerea glucozei în dioxid de carbon și apă în prezența oxigenului.

Pentru menținerea homeostaziei, nivelurile de glucoză, oxigen și produsele metabolice trebuie să fie reglementate îndeaproape. Fiecare etapă a procesului metabolic, inclusiv Ciclul Krebs pași, ajută la reglarea substanțelor organice pe care le controlează.

Principalele etape metabolice includ următoarele:

• Digestie

1. Alimentele sunt introduse în cavitatea bucală. Defalcarea carbohidraților începe cu saliva.
2. Mâncarea înghițită intră în stomac. Sucurile gastrice digera suplimentar alimentele.
3. Glucidele complexe sunt descompuse în glucoză și alte produse secundare din intestine. Glucoza este absorbită de pereții intestinelor și intră în fluxul sanguin.

• Respirație celulară

1. Sângele cu oxigen din plămâni și glucoza din intestine este pompat în capilare unde oxigenul și glucoza se difuzează în celule individuale.
2. În interiorul fiecărei celule, se numește o reacție chimică glicoliză împarte moleculele de glucoză și produce enzime și molecule purtătoare de energie numite ATP (adenozin trifosfat).
3. Etapele ciclului Krebs utilizați unele dintre enzimele produse de glicoliză pentru a produce enzime suplimentare, mai mult ATP și dioxid de carbon.
4. Enzimele produse de glicoliză și ciclul Krebs intră în lanțul de transport al electronilor și produc un număr mare de molecule de ATP. Produsele finale de reacție la hidrogen se combină cu oxigenul pentru a forma apă.

• Eliminare

1. Dioxidul de carbon și apa se difuzează din celule în fluxul sanguin și sunt trecute înapoi în inimă prin vene.
2. Sângele este pompat prin plămâni către elimina dioxidul de carbon iar prin rinichi la elimina surplusul de apa.

Pentru fiecare etapă, corpul, organele și celulele sale trebuie să mențină variabile ale corpului, cum ar fi temperatura, nivelurile de glucoză și tensiunea arterială, la niveluri normale. Această reglare homeostatică este controlată de acțiunea hormonilor și a enzimelor care sunt necesare pentru ca fiecare etapă a metabolismului să se desfășoare.

Dacă există o cantitate prea mare sau prea mică dintr-o anumită substanță, o enzimă va accelera sau încetini etapele metabolice corespunzătoare până la stabilirea din nou a homeostaziei.

Glucoză este principala intrare pentru respirația celulară și subprodusele sale sunt utilizate în ciclul Krebs. Nivelul de glucoză din sânge trebuie controlat într-un interval limitat. Dacă glucoza nu ajunge în celule, acestea nu vor mai putea folosi respirația celulară și ciclul Krebs ca sursă de energie. În schimb, pot începe să descompună grăsimile sau chiar țesutul muscular.

A avea prea multă glucoză în sânge poate fi și dăunător. În primul rând, corpul încearcă să scape de glucoza suplimentară, îndepărtându-l din sângele din rinichi și eliminându-l prin urină. Urinarea excesivă deshidratează organismul și crește concentrația de glucoză din sânge. Dacă nivelul de glucoză devine prea mare, individul poate cădea în comă.

Reglarea glucozei este controlată de pancreas.

Dacă nivelul de glucoză din sânge este prea mare, pancreasul eliberează insulină în fluxul sanguin. Insulina promovează utilizarea glucozei în celule și ajută la respirația celulară. Nivelul de glucoză din sânge scade apoi. Dacă nivelul de glucoză este prea scăzut, pancreasul semnalează ficatul să elibereze mai multă glucoză. Ficatul este capabil să stocheze excesul de glucoză și îl eliberează pentru a ajuta la menținerea homeostaziei glucozei.

Funcția principală a ciclului Krebs este de a converti enzimele pe care lanțul de transport al electronilor le folosește pentru a produce energie. Ciclul este autonom în sensul că își reutilizează substanțele chimice constitutive într-o secvență care se repetă constant. Enzimele NAD și FAD sunt schimbate în molecule de mare energie NADH și FADH₂ care poate alimenta lanțul de transport al electronilor.

Ciclul Krebs este alcătuit din următorii pași:

1. Moleculele piruvatului create prin divizarea glucozei în timpul glicolizei intră în mitocondriile celulare unde o enzimă le metabolizează în Acetil CoA pentru a începe ciclul Krebs.
2. Gruparea acetil se combină cu un oxaloacetat de patru carbon pentru a forma un citrat.
3. Citratul pierde două molecule de carbon pentru a forma două molecule de dioxid de carbon, folosind energia din legăturile rupte pentru a produce două NADH molecule.
4. O moleculă de oxaloacetat este regenerată, producând un FADH₂ moleculă și o altă moleculă NADH.
5. oxaloacetat molecula este disponibilă pentru un alt ciclu la începutul unei noi secvențe de reacții.
6. NADH și FADH₂ moleculele migrează către membrana interioară a mitocondriilor unde alimentează lanțul de transport al electronilor.

Prin rolul său în respirație celulară, ciclul Krebs influențează homeostazia glucozei. Prin reglarea metabolismului glucozei, acesta poate juca un rol important în homeostazia generală a organismului.

Enzimele produse în timpul respirației celulare ajută la menținerea celulelor în homeostazie.

Sunt necesare molecule precum NAD și FAD pentru ca ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor să continue. Enzimele suplimentare accelerează sau încetinesc ciclul Krebs în funcție de semnalizarea celulară. Celulele trimit semnale pentru a indica un dezechilibru și solicită ciclul Krebs pentru a ajuta la menținerea homeostaziei pentru substanțele și variabilele pe care le poate influența.

Deoarece ciclul Krebs face parte din lanțul metabolic care folosește glucoză și oxigen în timp ce produce dioxid de carbon și apă, ciclul poate influența nivelurile acestor patru substanțe și poate declanșa ajustări în alte funcții metabolice. De exemplu, dacă este necesară o rată ridicată a metabolismului, deoarece organismul desfășoară o activitate intensă, nivelurile de oxigen din celule pot scădea. Un ciclu Krebs încetinit forțează corpul să respire mai rapid și inima să pompeze mai repede, livrând oxigenul necesar celulelor.

Același tip de mecanism poate influența declanșatori precum foamea, setea sau încercările de a crește sau de a scădea temperatura corpului. Foamea și setea vor determina o persoană să caute alimente și apă. Cineva care se simte prea cald va transpira, va căuta umbra și va îndepărta articolele vestimentare. Cineva care simte frig va tremura, va căuta un loc cald și va adăuga straturi vestimentare.

Prin rolul său unic în metabolismul celular, Ciclul Krebs ajută la menținerea homeostaziei în corp și influențează și comportamentul.