Krebsov cikel in homeostaza

Krebsov cikel, poimenovan po nemško-britanskem biokemiku Hansu Adolfu Krebsu, je ključni del celične presnove.

Za rast in izvajanje svojih funkcij v telesu morajo celice presnavljati glukozo, da proizvedejo energijo. Nato lahko to energijo uporabijo za sintezo organskih molekul, ki jih telo potrebuje, in za posebne funkcije, kot je gibanje mišične celice ali prebava v želodcu. Leta 1937 je Krebs odkril reakcijo Krebsovega cikla, znano tudi kot cikel citronske kisline, ki je glavni del tega presnovnega procesa.

Med cepitvijo in presnovo molekul glukoze morajo celice zagotoviti, da se številne telesne spremenljivke, kot so temperatura, srčni utrip in dihanje, vzdržujejo na stabilni ravni. Homeostaza opisuje postopek, s katerim celice uravnavajo učinke hormonov, encimov in metabolizma, da telo deluje pravilno, v varnih mejah.

Kot del presnova glukoze, regulacija Krebsovega cikla pomaga celicam pri njihovi homeostazi.

Napredni organizmi vnašajo hranila in jih presnavljajo, da lahko nadaljujejo z običajnimi aktivnostmi. Glavni vir presnovne energije je razgradnja glukoze na ogljikov dioksid in vodo ob prisotnosti kisika.

Da bi ohranili homeostazo, je treba ravni glukoze, kisika in presnovnih produktov strogo regulirati. Vsak korak presnovnega procesa, vključno z Krebsov cikel korakov, pomaga uravnavati organske snovi, ki jih nadzira.

Glavni presnovni koraki vključujejo naslednje:

• Prebava

1. Hrana se vnaša v ustno votlino. Razgradnja ogljikovih hidratov se začne s slino.
2. Pogoltnjena hrana vstopi v želodec. Želodčni sokovi hrano še prebavijo.
3. Kompleksni ogljikovi hidrati se razgradijo v glukozo in drugih stranskih produktov v črevesju. Stene črevesja absorbirajo glukozo in vstopijo v krvni obtok.

• Celično dihanje

1. Kri s kisikom iz pljuč in glukozo iz črevesja se izčrpa v kapilare, kjer kisik in glukoza difundirajo v posamezne celice.
2. Znotraj vsake celice se imenuje kemična reakcija glikoliza razcepi molekule glukoze in tvori encime in molekule, ki prenašajo energijo, imenovane ATP (adenozin trifosfat).
3. The Krebsovi kolesarski koraki uporabite nekatere encime, proizvedene z glikolizo, za proizvodnjo dodatnih encimov, več ATP in ogljikovega dioksida.
4. Encimi, proizvedeni z glikolizo in Krebsovim ciklom, vstopijo v elektronska transportna veriga in tvorijo veliko število molekul ATP. Končni produkti vodikove reakcije se kombinirajo s kisikom in tvorijo vodo.

• Izločanje

1. Ogljikov dioksid in voda difundirata iz celic v krvni obtok in se skozi žile prenašata nazaj v srce.
2. Kri se črpa skozi pljuča do odpravi ogljikov dioksid in skozi ledvice do odpraviti odvečno vodo.

Za vsak korak morajo telo, njegovi organi in celice vzdrževati telesne spremenljivke, kot so temperatura, raven glukoze in krvni tlak, na enakih ravneh. To homeostatsko regulacijo nadzira delovanje hormonov in encimov, ki so potrebni za nadaljevanje vsakega koraka presnove.

Če je določene snovi preveč ali premalo, bo encim pospešil ali upočasnil ustrezne presnovne korake, dokler se spet ne vzpostavi homeostaza.

Glukoza je glavni vhod za celično dihanje in njegovi stranski produkti se uporabljajo v Krebsovem ciklu. Raven glukoze v krvi je treba nadzorovati v tesnem obsegu. Če v celice ne bo prišlo dovolj glukoze, celice ne bodo več mogle uporabljati celičnega dihanja in Krebsovega cikla kot vira energije. Namesto tega lahko začnejo razgrajevati maščobe ali celo mišično tkivo.

Tudi preveč glukoze v krvi je lahko škodljivo. Najprej se telo poskuša znebiti odvečne glukoze, tako da jo odstrani iz krvi v ledvicah in jo izloči z urinom. Prekomerno uriniranje dehidrira telo in poveča koncentracijo glukoze v krvi. Če postane raven glukoze previsoka, lahko posameznik zapade v komo.

Regulacijo glukoze nadzoruje trebušna slinavka.

Če je raven glukoze v krvi previsoka, trebušna slinavka sprosti inzulin v krvni obtok. Insulin spodbuja uporabo glukoze v celicah in pomaga pri celičnem dihanju. Nato se raven glukoze v krvi zmanjša. Če je raven glukoze prenizka, trebušna slinavka signalizira, da jetra sprostijo več glukoze. Jetra lahko shranijo odvečno glukozo in jo sprostijo, da pomagajo vzdrževati homeostazo glukoze.

Glavna naloga Krebsovega cikla je pretvorba encimov, ki jih elektronska transportna veriga uporablja za proizvodnjo energije. Cikel je samostojen, saj ponovno uporablja sestavne kemikalije v nenehno ponavljajočem se zaporedju. Encima NAD in FAD se spremenita v visokoenergijski molekuli NADH in FADH₂ ki lahko poganjajo verigo prenosa elektronov.

Krebsov cikel je sestavljen iz naslednjih korakov:

1. Molekule piruvata, ki nastanejo s cepljenjem glukoze med glikolizo, vstopijo v mitohondrije celic, kjer jih encim presnovi v Acetil CoA za začetek Krebsovega cikla.
2. Acetilna skupina se v kombinaciji s štiriogljikovim oksaloacetatom tvori citrat.
3. Citrat izgubi dve molekuli ogljika, da tvorita dve molekuli ogljikovega dioksida, pri čemer energijo iz pretrganih vezi proizvedeta dve NADH molekul.
4. Molekula oksaloacetata se regenerira in tvori FADH₂ molekulo in nadaljnjo molekulo NADH.
5. The oksaloacetat molekula je na voljo za nov cikel na začetku novega zaporedja reakcij.
6. NADH in FADH₂ molekule selijo v notranjo membrano mitohondrijev, kjer napajajo elektronska transportna veriga.

Skozi svojo vlogo v celično dihanje, Krebsov cikel vpliva na homeostazo glukoze. Z uravnavanjem presnove glukoze lahko igra pomembno vlogo pri celotni homeostazi v telesu.

Encimi, ki nastajajo med celičnim dihanjem, pomagajo ohranjati celice v homeostazi.

Za nadaljevanje Krebsovega cikla in verige prenosa elektronov so potrebne molekule, kot sta NAD in FAD. Dodatni encimi pospešijo ali upočasnijo Krebsov cikel, odvisno od celične signalizacije. Celice pošiljajo signale, ki označujejo neravnovesje, in zahtevajo Krebsov cikel, da pomaga vzdrževati homeostazo za snovi in ​​spremenljivke, na katere lahko vpliva.

Ker je Krebsov cikel del presnovna veriga ki uporablja glukozo in kisik, medtem ko proizvaja ogljikov dioksid in vodo, lahko cikel vpliva na ravni teh štirih snovi in ​​sproži prilagoditve drugih presnovnih funkcij. Če je na primer potrebna visoka stopnja metabolizma, ker telo izvaja naporne aktivnosti, se lahko raven kisika v celicah zniža. Upočasnjujoč Krebsov cikel prisili telo, da hitreje diha, srce pa hitreje črpa in celicam dovaja potreben kisik.

Isti mehanizem lahko vpliva na sprožilce, kot so lakota, žeja ali poskusi povišanja ali znižanja telesne temperature. Zaradi lakote in žeje bo posameznik iskal hrano in vodo. Nekdo, ki se mu zdi vroče, se bo potil, poiskal senco in odstranil oblačilne predmete. Nekdo, ki ga zazebe, se bo tresel, poiskal toplo mesto in dodal sloje oblačil.

Zaradi svoje edinstvene vloge v celičnem metabolizmu Krebsov cikel pomaga vzdrževati homeostazo v telesu in vpliva tudi na vedenje.