Кребсов циклус и хомеостаза

Кребсов циклус, назван по немачко-британском биохемичару Хансу Адолфу Кребсу, кључни је део ћелијског метаболизма.

Да би расле и извршавале своје функције у телу, ћелије морају да метаболишу глукозу да би произвеле енергију. Тада ту енергију могу да користе за синтезу органских молекула који су телу потребни и за одређене функције као што је кретање мишићне ћелије или варење у стомаку. Кребс је 1937. године открио реакцију Кребсовог циклуса, познату и као циклус лимунске киселине, која чини главни део овог метаболичког процеса.

Током цепања и метаболизма молекула глукозе, ћелије морају бити сигурне да се многе телесне променљиве као што су температура, откуцаји срца и дисање одржавају на стабилном нивоу. Хомеостаза описује процес којим ћелије регулишу ефекте хормона, ензима и метаболизма како би тело одржало исправни рад, у сигурним границама.

Као део метаболизам глукозе, регулација Кребсовог циклуса помаже ћелијама у њиховој хомеостази.

Напредни организми узимају хранљиве материје и метаболишу их да би могли да наставе са својим нормалним активностима. Главни извор метаболичке енергије је разградња глукозе на угљен-диоксид и воду у присуству кисеоника.

Да би се одржала хомеостаза, ниво глукозе, кисеоника и метаболичких производа мора бити строго регулисан. Сваки корак метаболичког процеса, укључујући и Кребсов циклус корака, помаже у регулисању органских супстанци које контролише.

Главни метаболички кораци укључују следеће:

• Варење

1. Храна се уводи у усну шупљину. Разградња угљених хидрата започиње пљувачком.
2. Прогутана храна улази у стомак. Гастрични сокови даље варе храну.
3. Сложени угљени хидрати се разлажу на глукозу и други нуспроизводи у цревима. Зидови црева апсорбују глукозу и улазе у крвоток.

• Ћелијско дисање

1. Крв са кисеоником из плућа и глукозом из црева испумпава се у капиларе где се кисеоник и глукоза дифундирају у појединачне ћелије.
2. Унутар сваке ћелије долази до хемијске реакције тзв гликолиза дели молекуле глукозе и производи ензиме и молекуле који преносе енергију тзв АТП (аденозин трифосфат).
3. Тхе Кребсови кораци циклуса користите неке ензиме произведене гликолизом за производњу додатних ензима, више АТП-а и угљен-диоксида.
4. Ензими произведени гликолизом и Кребсовим циклусом улазе у ланац транспорта електрона и производе велики број молекула АТП. Коначни производи реакције водоника комбинују се са кисеоником дајући воду.

• Елиминација

1. Угљен-диоксид и вода дифундирају из ћелија у крвоток и кроз вене се преносе у срце.
2. Крв се пумпа кроз плућа до елиминишу угљен-диоксид а кроз бубреге до елиминисати вишак воде.

За сваки корак, тело, његови органи и ћелије морају да одржавају телесне променљиве као што су температура, ниво глукозе и крвни притисак на стабилном нивоу. Ова хомеостатска регулација се контролише дејством хормона и ензима који су потребни за наставак сваког корака метаболизма.

Ако је одређене супстанце превише или премало, ензим ће убрзати или успорити одговарајуће метаболичке кораке док се хомеостаза поново не успостави.

Глукоза је главни улаз за ћелијско дисање и његови нуспроизводи се користе у Кребсовом циклусу. Ниво глукозе у крви мора се контролисати у уском опсегу. Ако до ћелија не доспе довољно глукозе, оне више неће моћи да користе ћелијско дисање и Кребсов циклус као извор енергије. Уместо тога, они могу почети да разграђују масти или чак мишићно ткиво.

Превише глукозе у крви такође може бити штетно. Прво, тело покушава да се реши додатне глукозе уклањањем из крви у бубрезима и уклањањем путем урина. Прекомерно мокрење дехидрира тело и повећава концентрацију глукозе у крви. Ако ниво глукозе постане превисок, појединац може пасти у кому.

Регулацију глукозе контролише панкреас.

Ако је ниво глукозе у крви превисок, панкреас ослобађа инсулин у крвоток. Инсулин промовише употребу глукозе у ћелијама и помаже у ћелијском дисању. Тада се ниво глукозе у крви смањује. Ако је ниво глукозе пренизак, панкреас даје сигнал јетри да ослобађа више глукозе. Јетра је у стању да складишти вишак глукозе и ослобађа га да би помогла у одржавању хомеостазе глукозе.

Главна функција Кребсовог циклуса је претварање ензима које ланац транспорта електрона користи за производњу енергије. Циклус је самозадовољан тиме што поново користи саставне хемикалије у секвенци која се стално понавља. Ензими НАД и ФАД се мењају у високоенергетске молекуле НАДХ и ФАДХ₂ који могу покретати ланац транспорта електрона.

Кребсов циклус чине следећи кораци:

1. Молекули пирувата створени цепањем глукозе током гликолизе улазе у ћелијске митохондрије где их ензим метаболише у Ацетил ЦоА за покретање Кребсовог циклуса.
2. Ацетил група се комбинује са четворокарбонским оксалоацетатом дајући а цитрат.
3. Цитрат губи два молекула угљеника да би створио два молекула угљен-диоксида, користећи енергију из раскиданих веза да би произвео два НАДХ молекула.
4. Молекул оксалоацетата се регенерише, стварајући ФАДХ₂ молекула и још једног молекула НАДХ.
5. Тхе оксалоацетат молекул је доступан за други циклус на почетку новог низа реакција.
6. НАДХ и ФАДХ₂ молекули мигрирају у унутрашњу мембрану митохондрија где напајају ланац транспорта електрона.

Кроз своју улогу у ћелијско дисање, Кребсов циклус утиче на хомеостазу глукозе. Кроз регулацију метаболизма глукозе, он може играти важну улогу у целокупној хомеостази у телу.

Ензими који се производе током ћелијског дисања помажу у одржавању ћелија у хомеостази.

Молекули попут НАД и ФАД потребни су за Кребсов циклус и ланац транспорта електрона. Додатни ензими убрзавају или успоравају Кребсов циклус у зависности од ћелијске сигнализације. Ћелије шаљу сигнале који указују на неравнотежу и захтевају Кребсов циклус да помогне у одржавању хомеостазе за супстанце и променљиве на које може утицати.

Пошто је Кребсов циклус део метаболички ланац која користи глукозу и кисеоник док производи угљен-диоксид и воду, циклус може утицати на ниво ове четири супстанце и покренути прилагођавање осталих метаболичких функција. На пример, ако је потребна велика брзина метаболизма јер тело предузима напорне активности, ниво кисеоника у ћелијама може да опадне. Успоравајући Кребсов циклус тера тело да брже дише, а срце брже пумпа, испоручујући ћелијама потребни кисеоник.

Иста врста механизма може утицати на окидаче попут глади, жеђи или покушаја повишења или снижавања телесне температуре. Глад и жеђ довешће до тога да појединац тражи храну и воду. Неко ко се осећа превруће ће се знојити, тражити хлад и уклонити одевне предмете. Неко ко се осећа хладно, дрхтиће, потражити топло место и додати слојеве одеће.

Захваљујући својој јединственој улози у метаболизму ћелија, Кребсов циклус помаже у одржавању хомеостазе у телу и утиче и на понашање.