תוֹכֶן
מחזור קרבס, על שמו של הביוכימאי הגרמני-בריטי האנס אדולף קרבס, הוא חלק מרכזי בחילוף החומרים התאי.
כדי לגדול ולבצע את תפקידיהם בגוף, התאים צריכים לחילוף חומרים של גלוקוז בכדי לייצר אנרגיה. לאחר מכן הם יכולים להשתמש באנרגיה זו כדי לסנתז את המולקולות האורגניות שהגוף זקוק להן ולתפקודים ספציפיים כמו תנועה בתאי שריר או עיכול בקיבה. בשנת 1937 גילה קרבס את תגובת מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצות לימון, המהווה חלק עיקרי מתהליך מטבולי זה.
במהלך פיצול ומטבוליזם של מולקולות גלוקוז, על התאים לוודא כי משתני הגוף הרבים כמו טמפרטורה, פעימות לב ונשימה נשמרים ברמות יציבות. הומאוסטזיס מתאר את התהליך שבאמצעותו התאים מווסתים את השפעות ההורמונים, האנזימים והמטבוליזם בכדי לשמור על פעולתו של הגוף, בגבולות בטוחים.
כחלק מ מטבוליזם גלוקוז, הוויסות של מחזור קרבס עוזר לתאים עם ההומאוסטזיס שלהם.
כיצד מטבוליזם שומר על הומאוסטזיס
אורגניזמים מתקדמים נוטלים חומרים מזינים ומטבולים אותם כדי שיוכלו להמשיך בפעילותם הרגילה. המקור העיקרי לאנרגיה מטבולית הוא פירוק הגלוקוז לפחמן דו חמצני ומים בנוכחות חמצן.
כדי לשמור על הומאוסטזיס, יש לווסת היטב את רמות הגלוקוז, החמצן והמוצרים המטבוליים. כל שלב בתהליך המטבולי, כולל שלבי מחזור קרבס, מסייע בוויסות החומרים האורגניים עליהם הוא שולט.
השלבים המטבוליים העיקריים כוללים את הדברים הבאים:
על כל שלב, על הגוף, איבריו ותאיו לשמור על משתנים בגוף כמו טמפרטורה, רמות גלוקוז ולחץ דם יציב ברמות נורמליות. ויסות הומאוסטטי זה נשלט על ידי פעולת הורמונים ואנזימים הנדרשים לכל שלב בחילוף החומרים.
אם יש יותר מדי או מעט מדי חומר מסוים, אנזים יאיץ או יאט את הצעדים המטבוליים המתאימים עד שתוקם הומאוסטזיס מחדש.
הדוגמה להומאוסטזיס גלוקוז
גלוקוז הוא התוספת העיקרית לנשימה סלולרית ותוצרי הלוואי שלה משמשים במחזור קרבס. יש לשלוט על רמת הגלוקוז בדם בטווח הדוק. אם אין מספיק גלוקוז שיגיע לתאים הם כבר לא יוכלו להשתמש בנשימה תאית ומעגל הקרבס כמקור אנרגיה. במקום זאת, הם עשויים להתחיל לפרק שומנים או אפילו רקמת שריר.
יש יותר מדי גלוקוז בדם יכול להזיק גם. ראשית, הגוף מנסה להיפטר מהגלוקוז הנוסף על ידי הוצאתו מהדם בכליות וחיסולו דרך השתן. השתנה מוגזמת מייבשת את הגוף ומגבירה את ריכוז הגלוקוז בדם. אם רמת הגלוקוז הופכת גבוהה מדי, האדם עלול ליפול לתרדמת.
ויסות הגלוקוז נשלט על ידי הלבלב.
אם רמת הגלוקוז בדם גבוהה מדי, הלבלב משחרר אינסולין לזרם הדם. האינסולין מקדם את השימוש בגלוקוז בתאים ומסייע בנשימה תאית. לאחר מכן יורדת רמת הגלוקוז בדם. אם רמת הגלוקוז נמוכה מדי, הלבלב מסמן לכבד לשחרר יותר גלוקוז. הכבד מסוגל לאגור עודף גלוקוז ומשחרר אותו כדי לסייע בשמירה על הומאוסטזיס של גלוקוז.
שלבי מחזור קרבס
התפקיד העיקרי של מחזור קרבס הוא להמיר אנזימים שרשת הובלת האלקטרונים עושה בה כדי לייצר אנרגיה. המחזור מכיל את עצמו בכך שהוא משתמש מחדש בכימיקלים המרכיבים אותו ברצף שחוזר על עצמו ללא הרף. האנזימים NAD ו- FAD משתנים למולקולות אנרגיה גבוהה NADH ו- FADH2 שיכולה להניע את שרשרת התחבורה האלקטרונית.
מחזור קרבס מורכב מהשלבים הבאים:
דרך תפקידו בנשימה סלולרית, מחזור הקרבס משפיע על הומאוסטזיס גלוקוז. באמצעות ויסות מטבוליזם הגלוקוז הוא יכול למלא תפקיד חשוב בהומאוסטזיס הכללי בגוף.
האנזימים בנשימה סלולרית
האנזימים המיוצרים במהלך הנשימה תאית עוזרים לשמור על תאים בהומאוסטזיס.
מולקולות כמו NAD ו- FAD דרושות למחזור קרבס ולשרשרת הובלת האלקטרונים. אנזימים נוספים מזרזים או מאטים את מחזור הקרבס בהתאם לאיתות תאים. תאים מאותתים על אי-איזון ומבקשים את מחזור קרבס לעזור לשמור על הומאוסטזיס של החומרים והמשתנים שהוא יכול להשפיע עליהם.
מכיוון שמחזור קרבס מהווה חלק מ שרשרת מטבולית המשתמש בגלוקוז ובחמצן בעת ייצור פחמן דו חמצני ומים, המחזור יכול להשפיע על רמות ארבעת החומרים הללו ולהפעיל התאמות בפונקציות מטבוליות אחרות. לדוגמה, אם נדרש קצב חילוף חומרים גבוה מכיוון שהגוף מבצע פעילות מאומצת, רמות החמצן בתאים עשויות לרדת. מחזור קרבס מאט מאלץ את הגוף לנשום במהירות רבה יותר ואת הלב לשאוב מהר יותר, ומעביר את החמצן הנדרש לתאים.
אותו סוג של מנגנון יכול להשפיע על טריגרים כמו רעב, צמא או ניסיונות להעלות או להוריד את חום הגוף. רעב וצמא יגרמו לאדם לחפש מזון ומים. מישהו שמרגיש חם מדי יזיע, יחפש צל ויסיר פריטי לבוש. מישהו שמרגיש קר יירעד, יחפש מקום חם ויוסיף שכבות בגדים.
באמצעות תפקידו הייחודי במטבוליזם של התא, מחזור קרבס עוזר לשמור על הומאוסטזיס בגוף ומשפיע גם על ההתנהגות.