Cos'è la regolazione metabolica?
La regolazione metabolica è il processo mediante il quale tutte le cellule, dai batteri agli esseri umani, controllano i processi chimici necessari per la vita. Il metabolismo è organizzato in reazioni complesse, dipendenti dallo step, chiamate vie metaboliche. Le proteine speciali ubiquitarie chiamate enzimi sono il modo principale in cui questi percorsi sono regolati, sebbene la concentrazione di nutrienti, prodotti di scarto e ormoni possa controllare i tassi metabolici. I disturbi metabolici sono malattie ereditarie causate dall'assenza di enzimi chiave che interrompono la normale regolazione di un determinato percorso.
Il metabolismo descrive le reazioni chimiche con cui funzionano gli organismi, dalla respirazione cellulare agli eventi sottostanti la digestione, la crescita e la riproduzione. I sistemi chiamati vie metaboliche coordinano queste funzioni e di solito sono avviati o arrestati da proteine chiamate enzimi. La regolazione metabolica è la base del controllo biologico del metabolismo, in quanto consente alle cellule viventi di dirigere questi percorsi. Nei sistemi non viventi, l'equilibrio con l'ambiente esterno si verifica alla conclusione di reazioni chimiche, che ucciderebbero una cellula vivente. Pertanto la regolazione metabolica aiuta a mantenere il sistema vivente in uno stato chimicamente equilibrato, chiamato omeostasi.
La forma più elementare di regolazione metabolica si verifica quando i geni istruiscono le cellule a produrre enzimi e a regolarne la quantità. Inoltre, in un percorso metabolico, le molecole subiscono cambiamenti significativi e vengono utilizzate dalla cellula o elaborate per generare un altro passaggio nel percorso. Alcune di queste molecole, chiamate substrati, sono efficaci mezzi di regolazione metabolica attraverso la loro concentrazione. Il tasso di una via metabolica cambierà, a seconda della disponibilità e della concentrazione di un substrato, che deve legarsi a un enzima per funzionare. Oltre ai substrati, gli enzimi dipendono spesso da altri enzimi e da vitamine.
Oltre al tipo più passivo di "feedback" di regolazione metabolica per concentrazione del substrato, ci sono controlli diretti nella maggior parte degli organismi multicellulari. Anche le piante usano gli ormoni per controllare il loro metabolismo. Negli animali superiori, la regolazione esterna del metabolismo può provenire da segnali chimici che controllano l'attività degli enzimi, agendo direttamente sugli enzimi o influenzando i geni che ne regolano la produzione. Alcune forme di regolazione metabolica cambiano solo il tempo in cui si verifica un processo biochimico; altri attivano un processo o ne impediscono l'avvio. Negli animali, il tasso metabolico controlla le funzioni dalla respirazione al grasso corporeo.
Esistono molti disturbi del metabolismo, tra cui migliaia di carenze congenite di geni che codificano per gli enzimi essenziali. Le malattie della tiroide possono cambiare radicalmente il tasso metabolico, causando obesità o quasi fame. A volte, il metabolismo umano è eccessivamente lento o veloce a causa degli stati di malattia e può essere trattato in modo medico. Si può dire che alcuni farmaci o sostanze nutritive aumentano i tassi metabolici modificando il tasso di vie coinvolte nella digestione dei carboidrati o dei grassi. Nei pazienti con diabete mellito, ad esempio, gli effetti dell'ormone insulina sul metabolismo dello zucchero sono compromessi e l'insulina sintetica deve essere somministrata per ripristinare la normale regolazione metabolica.