The Krebs Cycle และ Homeostasis

วงจร Krebs ซึ่งตั้งชื่อตาม Hans Adolf Krebs นักชีวเคมีชาวเยอรมัน-อังกฤษ เป็นส่วนสำคัญของการเผาผลาญของเซลล์

ในการเติบโตและทำหน้าที่ในร่างกาย เซลล์ต้องเผาผลาญกลูโคสเพื่อผลิตพลังงาน จากนั้นพวกเขาสามารถใช้พลังงานนี้เพื่อสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ร่างกายต้องการและสำหรับการทำงานเฉพาะเช่นการเคลื่อนไหวใน เซลล์กล้ามเนื้อ หรือการย่อยอาหารในกระเพาะอาหาร ในปี ค.ศ. 1937 เครบส์ได้ค้นพบปฏิกิริยาของวัฏจักรเครบส์หรือที่เรียกว่าวัฏจักรกรดซิตริก ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการเผาผลาญนี้

ในระหว่างการแยกและเผาผลาญโมเลกุลกลูโคส เซลล์ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวแปรต่างๆ ของร่างกาย เช่น อุณหภูมิ การเต้นของหัวใจ และการหายใจ ยังคงอยู่ในระดับที่คงที่ สภาวะสมดุล อธิบายกระบวนการที่เซลล์ควบคุมผลกระทบของฮอร์โมน เอ็นไซม์ และเมแทบอลิซึม เพื่อให้ร่างกายทำงานอย่างถูกต้องภายในขอบเขตที่ปลอดภัย

เป็นส่วนหนึ่งของ เมแทบอลิซึมของกลูโคส, การควบคุมวงจร Krebs ช่วยให้เซลล์มีสภาวะสมดุล

สิ่งมีชีวิตขั้นสูงจะรับสารอาหารและเผาผลาญสารอาหารเพื่อให้สามารถดำเนินกิจกรรมตามปกติได้ แหล่งที่มาหลักของพลังงานเมแทบอลิซึมคือการสลายกลูโคสเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในที่ที่มีออกซิเจน

เพื่อรักษาสภาวะสมดุล ระดับของกลูโคส ออกซิเจน และผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมทั้งหมดต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการเผาผลาญ ได้แก่ เครบส์ ไซเคิล ขั้นตอนช่วยควบคุมสารอินทรีย์ที่ควบคุม

ขั้นตอนการเผาผลาญหลัก ได้แก่ :

• การย่อย

1. อาหารถูกนำเข้าสู่ช่องปาก การสลายคาร์โบไฮเดรตเริ่มต้นด้วยน้ำลาย
2. อาหารที่กลืนเข้าไปในกระเพาะอาหาร น้ำย่อยย่อยอาหารต่อไป
3. คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนจะถูกแบ่งออกเป็นกลูโคส และผลพลอยได้อื่นๆ ในลำไส้ กลูโคสถูกดูดซึมโดยผนังลำไส้และเข้าสู่กระแสเลือด

• การหายใจระดับเซลล์

1. เลือดที่มีออกซิเจนจากปอดและกลูโคสจากลำไส้จะถูกสูบออกไปยังเส้นเลือดฝอยที่ออกซิเจนและกลูโคสจะกระจายไปยังแต่ละเซลล์
2. ภายในแต่ละเซลล์มีปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่า ไกลโคไลซิส แยกโมเลกุลกลูโคสออกและสร้างเอ็นไซม์และโมเลกุลนำพาพลังงานที่เรียกว่า เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต).
3. Krebs รอบขั้นตอน ใช้เอ็นไซม์บางตัวที่ผลิตโดยไกลโคไลซิสเพื่อผลิตเอ็นไซม์เพิ่มเติม, ATP และคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น
4. เอ็นไซม์ที่ผลิตโดยไกลโคไลซิสและวัฏจักรเครบส์เข้าสู่ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน และผลิตโมเลกุล ATP จำนวนมาก ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไฮโดรเจนขั้นสุดท้ายรวมกับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำ

• การกำจัด

1. คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำจะกระจายออกจากเซลล์เข้าสู่กระแสเลือดและถูกส่งกลับไปยังหัวใจผ่านทางเส้นเลือด
2. เลือดถูกสูบฉีดผ่านปอดไปยัง กำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ และผ่านทางไตเพื่อ ขจัดน้ำส่วนเกิน.

ในแต่ละขั้นตอน ร่างกาย อวัยวะ และเซลล์ของร่างกายจะต้องรักษาตัวแปรต่างๆ ของร่างกาย เช่น อุณหภูมิ ระดับกลูโคส และความดันโลหิตให้คงที่ที่ระดับปกติ การควบคุมสภาวะสมดุลนี้ถูกควบคุมโดยการกระทำของฮอร์โมนและเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญในแต่ละขั้นตอน

หากมีสารเฉพาะมากเกินไปหรือน้อยเกินไป เอนไซม์จะเร่งหรือชะลอขั้นตอนการเผาผลาญที่เกี่ยวข้องจนกว่าจะมีการสร้างสภาวะสมดุลอีกครั้ง

กลูโคส เป็นปัจจัยป้อนหลักสำหรับการหายใจของเซลล์และผลพลอยได้จะถูกใช้ในวัฏจักรเครบส์ ต้องควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดให้อยู่ในขอบเขตที่จำกัด หากมีกลูโคสไม่เพียงพอที่ไปถึงเซลล์ พวกเขาจะไม่สามารถใช้การหายใจระดับเซลล์และวงจร Krebs เป็นแหล่งพลังงานได้อีกต่อไป แต่อาจเริ่มสลายไขมันหรือแม้แต่เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

การมีกลูโคสในเลือดมากเกินไปก็อาจเป็นอันตรายได้เช่นกัน ขั้นแรก ร่างกายพยายามกำจัดกลูโคสส่วนเกินโดยเอาออกจากเลือดในไตและขับออกทางปัสสาวะ การถ่ายปัสสาวะมากเกินไปจะทำให้ร่างกายขาดน้ำและเพิ่มความเข้มข้นของกลูโคสในเลือด หากระดับกลูโคสสูงเกินไป บุคคลนั้นอาจอยู่ในอาการโคม่า

การควบคุมกลูโคสถูกควบคุมโดยตับอ่อน

ถ้าระดับน้ำตาลในเลือดสูงเกินไป ตับอ่อนจะปล่อยอินซูลินเข้าสู่กระแสเลือด อินซูลินส่งเสริมการใช้กลูโคสในเซลล์และช่วยในการหายใจของเซลล์ ระดับน้ำตาลในเลือดจะลดลง หากระดับกลูโคสต่ำเกินไป ตับอ่อนจะส่งสัญญาณให้ตับปล่อยกลูโคสออกมามากขึ้น ตับสามารถเก็บกลูโคสส่วนเกินและปล่อยออกมาเพื่อช่วยรักษาสมดุลของกลูโคส

หน้าที่หลักของวงจร Krebs คือการแปลงเอ็นไซม์ที่ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนใช้ในการผลิตพลังงาน วัฏจักรนี้มีอยู่ในตัวเองโดยการใช้สารเคมีที่เป็นส่วนประกอบซ้ำในลำดับซ้ำๆ กันอย่างต่อเนื่อง เอ็นไซม์ NAD และ FAD เปลี่ยนเป็นโมเลกุลพลังงานสูง NADH และ FADH₂ ที่สามารถขับเคลื่อนห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนได้

วงจร Krebs ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

1. โมเลกุลไพรูเวตที่สร้างขึ้นโดยการแยกกลูโคสระหว่างไกลโคไลซิสจะเข้าสู่เซลล์ไมโตคอนเดรียซึ่งเอนไซม์จะเผาผลาญพวกมันเป็น Acetyl CoA เพื่อเริ่มวงจร Krebs
2. หมู่อะเซทิลรวมกับออกซาโลอะซีเตตสี่คาร์บอนเพื่อสร้าง a ซิเตรต.
3. ซิเตรตสูญเสียคาร์บอนสองโมเลกุลเพื่อสร้างโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์สองโมเลกุลโดยใช้พลังงานจากพันธะที่แตกสลายเพื่อผลิตสองโมเลกุล NADH โมเลกุล
4. โมเลกุล oxaloacetate ถูกสร้างขึ้นใหม่ ทำให้เกิด an FADH₂ โมเลกุลและโมเลกุล NADH เพิ่มเติม
5. ออกซาโลอะซิเตต โมเลกุลสามารถใช้ได้สำหรับวัฏจักรอื่นที่จุดเริ่มต้นของลำดับปฏิกิริยาใหม่
6. NADH และ FADH₂ โมเลกุลจะย้ายไปยังเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรียที่ซึ่งพวกมันส่งพลังงาน ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน.

ผ่านบทบาทใน การหายใจระดับเซลล์วัฏจักร Krebs มีอิทธิพลต่อสภาวะสมดุลของกลูโคส ด้วยการควบคุมการเผาผลาญกลูโคส มันสามารถมีบทบาทสำคัญในสภาวะสมดุลโดยรวมในร่างกาย

เอนไซม์ที่ผลิตขึ้นระหว่างการหายใจระดับเซลล์ช่วยรักษาเซลล์ให้อยู่ในสภาวะสมดุล

โมเลกุลเช่น NAD และ FAD จำเป็นสำหรับวงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเพื่อดำเนินการต่อ เอนไซม์เพิ่มเติมเร่งหรือชะลอวงจร Krebs ขึ้นอยู่กับการส่งสัญญาณของเซลล์ เซลล์ส่งสัญญาณเพื่อบ่งชี้ความไม่สมดุลและขอวงจร Krebs เพื่อช่วยรักษาสภาวะสมดุลของสารและตัวแปรที่เซลล์สามารถมีอิทธิพลได้

เนื่องจากวัฏจักร Krebs เป็นส่วนหนึ่งของ ห่วงโซ่การเผาผลาญ ที่ใช้กลูโคสและออกซิเจนในขณะที่ผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ วัฏจักรนี้สามารถส่งผลต่อระดับของสารทั้งสี่เหล่านี้และกระตุ้นการปรับในหน้าที่การเผาผลาญอื่นๆ ตัวอย่างเช่น หากต้องการอัตราเมแทบอลิซึมสูงเนื่องจากร่างกายมีกิจกรรมที่ต้องใช้กำลังมาก ระดับออกซิเจนในเซลล์อาจลดลง วงจร Krebs ที่ช้าลงทำให้ร่างกายหายใจเร็วขึ้นและหัวใจสูบฉีดเร็วขึ้น โดยส่งออกซิเจนที่จำเป็นไปยังเซลล์

กลไกประเภทเดียวกันนี้สามารถส่งผลต่อการกระตุ้นต่างๆ เช่น ความหิว ความกระหาย หรือความพยายามที่จะเพิ่มหรือลดอุณหภูมิของร่างกาย ความหิวและความกระหายจะทำให้แต่ละคนมองหาอาหารและน้ำ คนที่รู้สึกร้อนเกินไปจะมีเหงื่อออก มองหาที่ร่มและถอดเสื้อผ้าออก คนที่รู้สึกหนาวจะสั่น มองหาจุดอบอุ่นและเพิ่มชั้นเสื้อผ้า

ด้วยบทบาทเฉพาะในการเผาผลาญของเซลล์ วงจร Krebs ช่วยรักษาสภาวะสมดุล ในร่างกายและส่งผลต่อพฤติกรรมอีกด้วย