Krebsov cyklus a homeostáza

Krebsov cyklus, pomenovaný po nemecko-britskom biochemikovi Hansovi Adolfovi Krebsovi, je kľúčovou súčasťou bunkového metabolizmu.

Aby bunky mohli rásť a vykonávať svoje funkcie v tele, musia metabolizovať glukózu na výrobu energie. Túto energiu potom môžu použiť na syntézu organických molekúl, ktoré telo potrebuje, a na vykonávanie špecifických funkcií, ako je pohyb svalové bunky alebo trávenie v žalúdku. V roku 1937 Krebs objavil reakciu Krebsovho cyklu, známu tiež ako cyklus kyseliny citrónovej, ktorá tvorí hlavnú časť tohto metabolického procesu.

V priebehu štiepenia a metabolizácie molekúl glukózy sa bunky musia ubezpečiť, že množstvo telesných premenných, ako je teplota, srdcový rytmus a dýchanie, je udržiavaných na stabilných úrovniach. Homeostáza popisuje proces, ktorým bunky regulujú účinky hormónov, enzýmov a metabolizmu, aby udržali telo správne fungujúce v bezpečných medziach.

Ako súčasť metabolizmus glukózy, regulácia Krebsovho cyklu pomáha bunkám s ich homeostázou.

Pokročilé organizmy prijímajú živiny a metabolizujú ich tak, aby mohli vykonávať svoje bežné činnosti. Hlavným zdrojom metabolickej energie je štiepenie glukózy na oxid uhličitý a vodu v prítomnosti kyslíka.

Na udržanie homeostázy je potrebné prísne regulovať hladinu glukózy, kyslíka a produktov metabolizmu. Každý krok metabolického procesu vrátane Krebsov cyklus pomáha regulovať organické látky, ktoré kontroluje.

Medzi hlavné metabolické kroky patrí:

• Trávenie

1. Jedlo sa zavádza do ústnej dutiny. Štiepenie sacharidov začína slinami.
2. Prehltnuté jedlo vstupuje do žalúdka. Žalúdočné šťavy ďalej trávia jedlo.
3. Komplexné sacharidy sa štiepia na glukózu a ďalšie vedľajšie produkty v črevách. Glukóza je absorbovaná stenami čriev a vstupuje do krvného obehu.

• Bunkové dýchanie

1. Krv s kyslíkom z pľúc a glukóza z čriev sa čerpá do kapilár, kde kyslík a glukóza difundujú do jednotlivých buniek.
2. Vo vnútri každej bunky volala chemická reakcia glykolýza štiepi molekuly glukózy a produkuje enzýmy a molekuly nesúce energiu nazývané ATP (adenozíntrifosfát).
3. The Krebsov cyklus použiť niektoré z enzýmov produkovaných glykolýzou na výrobu ďalších enzýmov, viac ATP a oxidu uhličitého.
4. Enzýmy produkované glykolýzou a Krebsov cyklus vstupujú do reťazec transportu elektrónov a produkujú veľké množstvo molekúl ATP. Konečné produkty vodíkovej reakcie sa spoja s kyslíkom za vzniku vody.

• Vylúčenie

1. Oxid uhličitý a voda difundujú z buniek do krvného obehu a cez žily sa dostávajú späť do srdca.
2. Krv sa pumpuje cez pľúca do vylúčiť oxid uhličitý a cez obličky do vylúčiť prebytočnú vodu.

Pri každom kroku musí telo, jeho orgány a bunky udržiavať telesné premenné, ako sú teplota, hladina glukózy a krvný tlak, na stabilnej úrovni. Táto homeostatická regulácia je riadená pôsobením hormónov a enzýmov, ktoré sú potrebné pre každý ďalší krok metabolizmu.

Ak je konkrétnej látky príliš veľa alebo príliš málo, enzým urýchli alebo spomalí príslušné metabolické kroky, kým sa znova nestanoví homeostáza.

Glukóza je hlavným vstupom pre bunkové dýchanie a jeho vedľajšie produkty sa používajú v Krebsovom cykle. Hladina glukózy v krvi musí byť kontrolovaná v úzkom rozmedzí. Ak sa k bunkám nedostane dostatok glukózy, nebudú už môcť využívať bunkové dýchanie a Krebsov cyklus ako zdroj energie. Namiesto toho môžu začať odbúravať tuky alebo dokonca svalové tkanivo.

Príliš veľa glukózy v krvi môže byť tiež škodlivé. Najskôr sa telo snaží zbaviť nadbytočnej glukózy odstránením z krvi v obličkách a vylúčením močom. Nadmerné močenie odvodňuje organizmus a zvyšuje koncentráciu glukózy v krvi. Ak je hladina glukózy príliš vysoká, jedinec môže upadnúť do kómy.

Reguláciu glukózy riadi pankreas.

Ak je hladina glukózy v krvi príliš vysoká, pankreas uvoľňuje inzulín do krvného obehu. Inzulín podporuje použitie glukózy v bunkách a pomáha pri bunkovom dýchaní. Hladina glukózy v krvi potom klesá. Ak je hladina glukózy príliš nízka, pankreas signalizuje pečeni, aby uvoľňovala viac glukózy. Pečeň je schopná ukladať prebytočnú glukózu a uvoľňuje ju, aby pomohla udržať homeostázu glukózy.

Hlavnou funkciou Krebsovho cyklu je premena enzýmov, ktoré používa elektrónový transportný reťazec na výrobu energie. Cyklus je samostatný v tom, že opakovane používa svoje základné chemikálie v neustále sa opakujúcom slede. Enzýmy NAD a FAD sa menia na vysokoenergetické molekuly NADH a FADH₂ ktoré môžu napájať reťazec transportu elektrónov.

Krebsov cyklus sa skladá z nasledujúcich krokov:

1. Molekuly pyruvátu vytvorené štiepením glukózy počas glykolýzy vstupujú do bunkových mitochondrií, kde ich enzým metabolizuje na Acetyl CoA začať Krebsov cyklus.
2. Acetylová skupina sa spojí s oxaloacetátom so štyrmi uhlíkmi a vytvorí sa citrát.
3. Citrát stratí dve molekuly uhlíka a vytvorí dve molekuly oxidu uhličitého, pričom pomocou energie z prerušených väzieb vytvorí dva NADH molekuly.
4. Molekula oxaloacetátu sa regeneruje za vzniku FADH₂ molekula a ďalšia molekula NADH.
5. The oxaloacetát molekula je k dispozícii pre ďalší cyklus na začiatku novej sekvencie reakcií.
6. NADH a FADH₂ molekuly migrujú do vnútornej membrány mitochondrií, kde napájajú reťazec transportu elektrónov.

Prostredníctvom svojej úlohy v bunkové dýchanie, Krebsov cyklus ovplyvňuje homeostázu glukózy. Reguláciou metabolizmu glukózy môže hrať dôležitú úlohu pri celkovej homeostáze v tele.

Enzýmy, ktoré sa produkujú počas bunkového dýchania, pomáhajú udržiavať bunky v homeostáze.

Pre pokračovanie Krebsovho cyklu a reťazca transportu elektrónov sú potrebné molekuly ako NAD a FAD. Ďalšie enzýmy urýchľujú alebo spomaľujú Krebsov cyklus v závislosti na bunkovej signalizácii. Bunky vysielajú signály, ktoré poukazujú na nerovnováhu, a požadujú Krebsov cyklus, ktorý pomáha udržiavať homeostázu pre látky a premenné, ktoré môže ovplyvňovať.

Pretože Krebsov cyklus je súčasťou metabolický reťazec ktorý pri výrobe oxidu uhličitého a vody využíva glukózu a kyslík, môže cyklus ovplyvňovať hladiny týchto štyroch látok a spúšťať úpravy v ďalších metabolických funkciách. Napríklad, ak je potrebná vysoká rýchlosť metabolizmu, pretože telo vykonáva namáhavú činnosť, hladiny kyslíka v bunkách môžu klesať. Spomaľujúci Krebsov cyklus núti telo rýchlejšie dýchať a srdce rýchlejšie pumpovať, čím dodáva bunkám potrebný kyslík.

Rovnaký typ mechanizmu môže ovplyvniť spúšťače, ako je hlad, smäd alebo pokusy o zvýšenie alebo zníženie telesnej teploty. Hlad a smäd spôsobia, že jednotlivec bude hľadať jedlo a vodu. Niekto, kto sa cíti príliš horúci, sa spotí, hľadá tieň a odstráni kúsky oblečenia. Niekto, komu je zima, sa bude triasť, vyhľadať teplé miesto a pridať vrstvy oblečenia.

Vďaka svojej jedinečnej úlohe v bunkovom metabolizme Krebsov cyklus pomáha udržiavať homeostázu v tele a ovplyvňuje aj správanie.