Цикл Кребса та гомеостаз

Цикл Кребса, названий на честь німецько-британського біохіміка Ганса Адольфа Кребса, є ключовою частиною клітинного метаболізму.

Щоб рости та виконувати свої функції в організмі, клітини повинні метаболізувати глюкозу, виробляючи енергію. Потім вони можуть використовувати цю енергію для синтезу органічних молекул, необхідних організму, та для виконання певних функцій, таких як рух м’язові клітини або травлення в шлунку. У 1937 році Кребс відкрив реакцію циклу Кребса, також відому як цикл лимонної кислоти, яка становить основну частину цього метаболічного процесу.

В процесі розщеплення та метаболізму молекул глюкози клітини повинні переконатися, що багато змінних показників тіла, такі як температура, серцебиття та дихання підтримуються на стабільному рівні. Гомеостаз описує процес, за допомогою якого клітини регулюють вплив гормонів, ферментів та метаболізму, щоб підтримувати організм нормально у безпечних межах.

Як частина метаболізм глюкози, регуляція циклу Кребса допомагає клітинам у їх гомеостазі.

Просунуті організми приймають поживні речовини та метаболізують їх, щоб вони могли продовжувати свою звичайну діяльність. Основним джерелом метаболічної енергії є розпад глюкози на вуглекислий газ і воду в присутності кисню.

Щоб підтримувати гомеостаз, рівні глюкози, кисню та продуктів метаболізму повинні бути жорстко регульовані. Кожен етап метаболічного процесу, включаючи Цикл Кребса кроків, допомагає регулювати органічні речовини, які він контролює.

Основні метаболічні етапи включають наступне:

• Травлення

1. Їжа вводиться в порожнину рота. Розщеплення вуглеводів починається зі слини.
2. Проковтнута їжа потрапляє в шлунок. Шлункові соки ще більше перетравлюють їжу.
3. Складні вуглеводи розщеплюються на глюкозу та інші побічні продукти в кишечнику. Глюкоза всмоктується стінками кишечника і потрапляє в кров.

• Клітинне дихання

1. Кров з киснем з легенів і глюкозою з кишечника відкачується до капілярів, де кисень і глюкоза дифундують в окремі клітини.
2. Всередині кожної клітини відбувається хімічна реакція гліколіз розщеплює молекули глюкози і виробляє ферменти та енергетичні молекули, які називаються АТФ (аденозинтрифосфат).
3. Цикли Кребса використовувати деякі ферменти, що утворюються в результаті гліколізу, для отримання додаткових ферментів, більшої кількості АТФ та вуглекислого газу.
4. Ферменти, що виробляються гліколізом і циклом Кребса, надходять у електронно-транспортний ланцюг і продукують велику кількість молекул АТФ. Кінцеві продукти реакції водню поєднуються з киснем, утворюючи воду.

• Ліквідація

1. Вуглекислий газ і вода дифундують з клітин у кровотік і по венах передаються назад до серця.
2. Кров перекачується через легені до усунути вуглекислий газ а через нирки до усунути надлишки води.

На кожному кроці тіло, його органи та клітини повинні підтримувати тілесні змінні, такі як температура, рівень глюкози та артеріальний тиск на стабільному рівні. Ця гомеостатична регуляція контролюється дією гормонів та ферментів, необхідних для проходження кожного кроку метаболізму.

Якщо певної речовини занадто багато або занадто мало, фермент прискорює або уповільнює відповідні метаболічні етапи, поки гомеостаз не встановиться знову.

Глюкоза є основним входом для клітинного дихання, і його побічні продукти використовуються в циклі Кребса. Рівень глюкози в крові повинен контролюватися в межах жорсткого діапазону. Якщо до клітин недостатньо глюкози, вони більше не зможуть використовувати клітинне дихання і цикл Кребса як джерело енергії. Натомість вони можуть почати розщеплювати жири або навіть м’язову тканину.

Надмірна кількість глюкози в крові також може бути шкідливою. По-перше, організм намагається позбутися зайвої глюкози, виводячи її з крові в нирках і виводячи через сечу. Надмірне сечовипускання зневоднює організм і збільшує концентрацію глюкози в крові. Якщо рівень глюкози стає занадто високим, людина може впасти в кому.

Регулювання глюкози контролюється підшлунковою залозою.

Якщо рівень глюкози в крові занадто високий, підшлункова залоза виділяє інсулін у кров. Інсулін сприяє використанню глюкози в клітинах і допомагає клітинному диханню. Потім рівень глюкози в крові знижується. Якщо рівень глюкози занадто низький, підшлункова залоза сигналізує печінці про виділення більше глюкози. Печінка здатна накопичувати надлишок глюкози і виділяє її, щоб допомогти підтримувати гомеостаз глюкози.

Основна функція циклу Кребса полягає в перетворенні ферментів, які ланцюг електронного транспорту використовує для виробництва енергії. Цикл самостійний тим, що він повторно використовує складові хімічні речовини в постійно повторюваній послідовності. Ферменти NAD і FAD змінюються на високоенергетичні молекули NADH і FADH₂ які можуть живити електронно-транспортний ланцюг.

Цикл Кребса складається з наступних етапів:

1. Молекули пірувату, створені розщепленням глюкози під час гліколізу, надходять у клітинні мітохондрії, де фермент метаболізує їх у Ацетил CoA для початку циклу Кребса.
2. Ацетильна група поєднується з чотиривуглецевим оксалоацетатом, утворюючи а цитрат.
3. Цитрат втрачає дві молекули вуглецю, утворюючи дві молекули вуглекислого газу, використовуючи енергію розірваних зв’язків, виробляючи дві NADH молекули.
4. Молекула оксалоацетату регенерується, утворюючи FADH₂ молекули і подальшої молекули NADH.
5. оксалоацетат молекула доступна для іншого циклу на початку нової послідовності реакцій.
6. NADH та FADH₂ молекули мігрують до внутрішньої мембрани мітохондрій, де вони живлять електронно-транспортний ланцюг.

Через свою роль у клітинне дихання, цикл Кребса впливає на гомеостаз глюкози. Завдяки регулюванню метаболізму глюкози він може відігравати важливу роль у загальному гомеостазі в організмі.

Ферменти, що виробляються під час клітинного дихання, допомагають підтримувати клітини в гомеостазі.

Для продовження циклу Кребса та ланцюга транспорту електронів необхідні такі молекули, як NAD і FAD. Додаткові ферменти прискорюють або уповільнюють цикл Кребса в залежності від клітинної сигналізації. Клітини надсилають сигнали, що вказують на дисбаланс, і просять цикл Кребса допомогти підтримати гомеостаз речовин та змінних, на які він може впливати.

Оскільки цикл Кребса є частиною метаболічний ланцюг який використовує глюкозу та кисень, виробляючи вуглекислий газ та воду, цикл може впливати на рівень цих чотирьох речовин та викликати коригування інших метаболічних функцій. Наприклад, якщо потрібна висока швидкість метаболізму, оскільки організм здійснює напружену діяльність, рівень кисню в клітинах може знизитися. Уповільнюючий цикл Кребса змушує тіло дихати швидше, а серце швидше накачувати, доставляючи необхідний кисень до клітин.

Той самий тип механізму може впливати на такі тригери, як голод, спрага або спроби підвищити або знизити температуру тіла. Голод і спрага змусять людину шукати їжу та воду. Той, хто відчуває надто жар, буде потіти, шукати тінь і знімати предмети одягу. Той, хто відчуває холод, тремтить, шукатиме тепле місце і додаватиме шари одягу.

Завдяки своїй унікальній ролі в метаболізмі клітин, Цикл Кребса допомагає підтримувати гомеостаз в організмі і також впливає на поведінку.