Was ist Stoffwechselregulierung?
Die Stoffwechselregulation ist der Prozess, durch den alle Zellen - von Bakterien bis zum Menschen - die für das Leben notwendigen chemischen Prozesse steuern. Der Stoffwechsel ist in komplexe, stufenabhängige Reaktionen unterteilt, die als Stoffwechselwege bezeichnet werden. Allgegenwärtige spezielle Proteine, sogenannte Enzyme, sind der Hauptweg, über den diese Pfade reguliert werden, obwohl die Konzentration von Nährstoffen, Abfallprodukten und Hormonen die Stoffwechselrate steuern kann. Stoffwechselstörungen sind vererbte Krankheiten, die durch das Fehlen von Schlüsselenzymen verursacht werden, die die normale Regulation eines bestimmten Stoffwechselwegs stören.
Der Stoffwechsel beschreibt die chemischen Reaktionen, durch die Organismen funktionieren, von der Zellatmung bis zu den Ereignissen, die der Verdauung, dem Wachstum und der Reproduktion zugrunde liegen. Systeme, die als Stoffwechselwege bezeichnet werden, koordinieren diese Funktionen und werden normalerweise von Proteinen, die als Enzyme bezeichnet werden, gestartet oder gestoppt. Die Stoffwechselregulation ist die Grundlage für die biologische Steuerung des Stoffwechsels, da sie es lebenden Zellen ermöglicht, diese Pfade zu steuern. In nicht lebenden Systemen tritt das Gleichgewicht mit der äußeren Umgebung am Ende chemischer Reaktionen auf, die eine lebende Zelle töten würden. Auf diese Weise hilft die Stoffwechselregulierung, das lebende System in einem chemisch ausgeglichenen Zustand zu halten, der als Homöostase bezeichnet wird.
Die grundlegendste Form der Stoffwechselregulation tritt auf, wenn Gene Zellen anweisen, Enzyme zu produzieren und ihre Menge zu regulieren. Zusätzlich erfahren Moleküle auf einem Stoffwechselweg signifikante Veränderungen und werden entweder von der Zelle verwendet oder verarbeitet, um einen weiteren Schritt auf dem Stoffwechselweg zu erzeugen. Einige dieser Moleküle, Substrate genannt, sind durch ihre Konzentration ein wirksames Mittel zur Regulierung des Stoffwechsels. Die Geschwindigkeit eines Stoffwechselwegs ändert sich je nach Verfügbarkeit und Konzentration eines Substrats, das sich an ein Enzym binden muss, um zu wirken. Neben Substraten sind Enzyme häufig von anderen Enzymen und Vitaminen abhängig.
Zusätzlich zu der eher passiven "Rückkopplungs" -Art der Stoffwechselregulierung durch die Substratkonzentration gibt es bei den meisten mehrzelligen Organismen direkte Kontrollen. Sogar Pflanzen verwenden Hormone, um ihren Stoffwechsel zu kontrollieren. Bei höheren Tieren kann die externe Regulation des Stoffwechsels von chemischen Signalen herrühren, die die Enzymaktivität steuern, entweder indem sie direkt auf Enzyme einwirken oder indem sie die Gene beeinflussen, die ihre Produktion regulieren. Einige Formen der Stoffwechselregulation ändern nur die Zeitspanne, in der ein biochemischer Prozess stattfindet. andere aktivieren einen Prozess oder verhindern dessen Start. Bei Tieren reicht die Steuerung der Stoffwechselrate von der Atmung bis zum Körperfett.
Es gibt viele Störungen des Stoffwechsels, einschließlich Tausender angeborener Defizite von Genen, die für essentielle Enzyme kodieren. Erkrankungen der Schilddrüse können die Stoffwechselrate radikal verändern und zu Übergewicht oder Hunger führen. Manchmal ist der menschliche Stoffwechsel aufgrund von Krankheitszuständen zu langsam oder zu schnell und kann medizinisch behandelt werden. Man kann sagen, dass einige Medikamente oder Nährstoffe den Stoffwechsel beschleunigen, indem sie die Stoffwechselwege bei der Kohlenhydrat- oder Fettverdauung verändern. Beispielsweise sind bei Patienten mit Diabetes mellitus die Auswirkungen des Hormons Insulin auf den Zuckerstoffwechsel beeinträchtigt, und es muss synthetisches Insulin verabreicht werden, um die normale Stoffwechselregulation wiederherzustellen.