Co je metabolická regulace?
Metabolická regulace je proces, kterým všechny buňky - od bakterií po člověka - řídí chemické procesy nezbytné pro život. Metabolismus je organizován do komplexních, na krokech závislých reakcí, které se nazývají metabolické dráhy. Všudypřítomné speciální proteiny nazývané enzymy jsou hlavním způsobem, jak jsou tyto dráhy regulovány, i když koncentrace živin, odpadních produktů a hormonů může regulovat metabolické rychlosti. Metabolické poruchy jsou dědičná onemocnění způsobená nepřítomností klíčových enzymů, které narušují normální regulaci dané cesty.
Metabolismus popisuje chemické reakce, kterými fungují organismy, od buněčného dýchání po události, které jsou základem trávení, růstu a reprodukce. Systémy nazývané metabolické dráhy koordinují tyto funkce a obvykle jsou spouštěny nebo zastavovány proteiny nazývanými enzymy. Metabolická regulace je základem biologické kontroly metabolismu, protože umožňuje živým buňkám řídit tyto cesty. V neživých systémech nastává rovnováha s vnějším prostředím na konci chemických reakcí, které by zabily živou buňku. Metabolická regulace tak pomáhá udržovat živý systém v chemicky vyváženém stavu, který se nazývá homeostáza.
Nejzákladnější forma metabolické regulace nastává, když geny instruují buňky, aby produkovaly enzymy a regulovaly jejich množství. Navíc v metabolické cestě molekuly procházejí významnými změnami a jsou buď použity buňkou, nebo zpracovány za účelem generování dalšího kroku v dráze. Některé z těchto molekul, nazývané substráty, jsou účinnými prostředky metabolické regulace prostřednictvím jejich koncentrace. Rychlost metabolické dráhy se bude měnit v závislosti na dostupnosti a koncentraci substrátu, který se musí k enzymu vázat, aby mohl fungovat. Kromě substrátů jsou enzymy často závislé na jiných enzymech a na vitaminech.
Kromě pasivnějšího typu „zpětné vazby“ metabolické regulace koncentrací substrátu existují ve většině mnohobuněčných organismů přímé kontroly. I rostliny používají hormony k řízení jejich metabolismu. U vyšších zvířat může vnější regulace metabolismu pocházet z chemických signálů, které řídí enzymatickou aktivitu, a to buď přímým působením na enzymy, nebo ovlivněním genů, které regulují jejich produkci. Některé formy metabolické regulace mění pouze rychlost času, ve kterém dochází k biochemickému procesu; jiní aktivují proces nebo mu brání ve spuštění. U zvířat reguluje rychlost metabolismu od dýchání po tělesný tuk.
Existuje mnoho poruch metabolismu, včetně tisíců vrozených nedostatků genů, které kódují esenciální enzymy. Nemoci štítné žlázy mohou radikálně změnit rychlost metabolismu a způsobit obezitu nebo téměř hladovění. Někdy je lidský metabolismus v důsledku chorobných stavů příliš pomalý nebo rychlý a může být léčen lékařsky. O některých lécích nebo výživných látkách lze říci, že zvyšují rychlost metabolismu změnou rychlosti drah spojených s trávením uhlohydrátů nebo tuků. Například u pacientů s diabetes mellitus jsou účinky hormonálního inzulínu na metabolismus cukru ohroženy a pro obnovení normální metabolické regulace musí být podáván syntetický inzulín.