Krebs-cykeln och homeostasen

Krebs-cykeln, uppkallad efter den tysk-brittiska biokemisten Hans Adolf Krebs, är en viktig del av cellulär metabolism.

För att växa och utföra sina funktioner i kroppen måste celler metabolisera glukos för att producera energi. De kan sedan använda denna energi för att syntetisera de organiska molekylerna kroppen behöver och för specifika funktioner som rörelse in muskelceller eller matsmältningen i magen. År 1937 upptäckte Krebs Krebs-cykelreaktionen, även känd som citronsyracykeln, som utgör en viktig del av denna metaboliska process.

Under uppdelningen och metaboliseringen av glukosmolekyler måste celler se till att de många kroppsvariablerna som temperatur, hjärtrytm och andning hålls stabila. Homeostas beskriver processen genom vilken celler reglerar effekterna av hormoner, enzymer och ämnesomsättning för att hålla kroppen fungerande, inom säkra gränser.

Som en del av glukosmetabolism, regleringen av Krebs-cykeln hjälper celler med deras homeostas.

Avancerade organismer tar in näringsämnen och metaboliserar dem så att de kan fortsätta sina normala aktiviteter. Den huvudsakliga källan till metabolisk energi är nedbrytningen av glukos i koldioxid och vatten i närvaro av syre.

För att upprätthålla homeostas måste nivåerna av glukos, syre och de metaboliska produkterna regleras noggrant. Varje steg i den metaboliska processen, inklusive Krebs cyklar steg, hjälper till att reglera de organiska ämnen den kontrollerar.

De viktigaste metaboliska stegen inkluderar följande:

• Matsmältning

1. Mat införs i munhålan. Nedbrytningen av kolhydrater börjar med saliv.
2. Sväljt mat kommer in i magen. Magsaft smälter vidare maten.
3. Komplexa kolhydrater bryts ner till glukos och andra biprodukter i tarmarna. Glukosen absorberas av tarmväggarna och kommer in i blodflödet.

• Cellandningen

1. Blod med syre från lungorna och glukos från tarmarna pumpas ut till kapillärerna där syre och glukos diffunderar in i enskilda celler.
2. Inuti varje cell kallades en kemisk reaktion glykolys delar upp glukosmolekylerna och producerar enzymer och energibärande molekyler som kallas ATP (adenosintrifosfat).
3. De Krebs cyklar steg använd några av de enzymer som produceras genom glykolys för att producera ytterligare enzymer, mer ATP och koldioxid.
4. Enzymerna som produceras genom glykolys och Krebs-cykeln går in i elektron transport kedja och producerar ett stort antal ATP-molekyler. De slutliga vätereaktionsprodukterna kombineras med syre för att bilda vatten.

• Eliminering

1. Koldioxiden och vattnet diffunderar ut ur cellerna i blodomloppet och förs tillbaka till hjärtat genom venerna.
2. Blodet pumpas genom lungorna till eliminera koldioxid och genom njurarna till eliminera överskott av vatten.

För varje steg måste kroppen, dess organ och celler hålla kroppsvariabler som temperatur, glukosnivåer och blodtryck stabila vid normala nivåer. Denna homeostatiska reglering styrs av effekten av hormoner och enzymer som krävs för att varje steg av ämnesomsättningen ska fortsätta.

Om det finns för mycket eller för lite av en viss substans, kommer ett enzym att påskynda eller sakta ner motsvarande metaboliska steg tills homeostas har upprättats igen.

Glukos är den viktigaste ingången för cellulär andning och dess biprodukter används i Krebs-cykeln. Nivån av glukos i blodet måste kontrolleras inom ett tätt intervall. Om det inte finns tillräckligt med glukos som når cellerna, kommer de inte längre att kunna använda cellulär andning och Krebs-cykeln som energikälla. Istället kan de börja bryta ner fetter eller till och med muskelvävnad.

Att ha för mycket glukos i blodet kan också vara skadligt. Först försöker kroppen bli av med den extra glukosen genom att ta bort den från blodet i njurarna och eliminera den genom urinen. Överdriven urinering uttorkar kroppen och ökar koncentrationen av glukos i blodet. Om glukosnivån blir för hög kan individen komma i koma.

Glukosreglering styrs av bukspottkörteln.

Om nivån av glukos i blodet är för hög släpper bukspottkörteln insulin i blodet. Insulin främjar användningen av glukos i cellerna och hjälper till med cellulär andning. Glukosnivån i blodet minskar sedan. Om glukosnivån är för låg signalerar bukspottkörteln levern att frigöra mer glukos. Levern kan lagra överskott av glukos och släpper ut det för att upprätthålla glukoshomeostas.

Krebs-cykelns huvudfunktion är att omvandla enzymer som elektrontransportkedjan använder för att producera energi. Cykeln är fristående genom att den återanvänder sina ingående kemikalier i en ständigt upprepad sekvens. Enzymerna NAD och FAD ändras till högenergimolekyler NADH och FADH₂ som kan driva elektrontransportkedjan.

Krebs-cykeln består av följande steg:

1. Pyruvatmolekylerna som skapas genom att dela glukos under glykolys kommer in i cellmitokondrier där ett enzym metaboliserar dem till Acetyl CoA för att starta Krebs-cykeln.
2. Acetylgruppen kombineras med ett fyrkoloxaloacetat för att bilda en citrat.
3. Citratet förlorar två kolmolekyler för att bilda två koldioxidmolekyler och använder energin från de brutna bindningarna för att producera två NADH molekyler.
4. En oxaloacetatmolekyl regenereras och producerar en FADH₂ en ytterligare NADH-molekyl.
5. De oxaloacetat molekyl är tillgänglig för en annan cykel i början av en ny reaktionssekvens.
6. NADH och FADH₂ molekyler migrerar till mitokondriernas inre membran där de driver elektron transport kedja.

Genom sin roll i cellandningen, påverkar Krebs-cykeln glukoshomeostas. Genom reglering av glukosmetabolism kan det spela en viktig roll i den totala homeostasen i kroppen.

Enzymerna som produceras under cellandningen hjälper till att hålla cellerna i homeostas.

Molekyler som NAD och FAD behövs för att Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan ska fortsätta. Ytterligare enzymer påskyndar eller saktar ner Krebs-cykeln beroende på cellsignalering. Celler skickar signaler för att indikera en obalans och begär Krebs-cykeln för att bibehålla homeostas för de ämnen och variabler som den kan påverka.

Eftersom Krebs-cykeln är en del av metabolisk kedja som använder glukos och syre medan de producerar koldioxid och vatten, kan cykeln påverka nivåerna av dessa fyra ämnen och utlösa justeringar i andra metaboliska funktioner. Till exempel, om en hög metabolism krävs eftersom kroppen bedriver ansträngande aktivitet, kan syrenivåerna i cellerna sjunka. En långsam Krebs-cykel tvingar kroppen att andas snabbare och hjärtat att pumpa snabbare och leverera det syre som krävs till cellerna.

Samma typ av mekanism kan påverka utlösare som hunger, törst eller försök att höja eller sänka kroppstemperaturen. Hunger och törst kommer att få en individ att leta efter mat och vatten. Någon som känner sig för varm kommer att svettas, leta efter skugga och ta bort kläder. Någon som känns kall kommer att skaka, leta efter en varm plats och lägga till klädlager.

Genom sin unika roll i cellmetabolismen, har Krebs-cykeln hjälper till att upprätthålla homeostas i kroppen och påverkar också beteendet.