Wat is metabolische regulatie?
Metabole regulatie is het proces waarbij alle cellen - van bacteriën tot mensen - de chemische processen regelen die nodig zijn voor het leven. Metabolisme is georganiseerd in complexe, stapafhankelijke reacties die metabolische paden worden genoemd. Alomtegenwoordige speciale eiwitten, enzymen genaamd, zijn de belangrijkste manier waarop deze routes worden gereguleerd, hoewel de concentratie van voedingsstoffen, afvalproducten en hormonen de stofwisseling kan regelen. Metabole stoornissen zijn erfelijke ziekten die worden veroorzaakt door de afwezigheid van belangrijke enzymen die de normale regulatie van een bepaald pad verstoren.
Metabolisme beschrijft de chemische reacties waardoor organismen functioneren, van cellulaire ademhaling tot de gebeurtenissen die ten grondslag liggen aan de spijsvertering, groei en reproductie. Systemen die metabolische paden worden genoemd, coördineren deze functies en worden meestal gestart of gestopt door eiwitten die enzymen worden genoemd. Metabole regulatie is de basis van de biologische controle van het metabolisme, omdat het levende cellen in staat stelt om deze routes te sturen. In niet-levende systemen vindt evenwicht bij de buitenomgeving plaats aan het einde van chemische reacties, die een levende cel zouden doden. Zo helpt metabolische regulatie het levende systeem in een chemisch uitgebalanceerde staat te houden, homeostase genoemd.
De meest basale vorm van metabole regulatie treedt op wanneer genen cellen opdracht geven enzymen te produceren en hun hoeveelheid te reguleren. Bovendien ondergaan moleculen in een metabole route significante veranderingen en worden ze ofwel door de cel gebruikt of verwerkt om een andere stap in de route te genereren. Sommige van deze moleculen, substraten genoemd, zijn effectieve middelen voor metabole regulatie door hun concentratie. De snelheid van een metabole route zal veranderen, afhankelijk van de beschikbaarheid en concentratie van een substraat, dat aan een enzym moet binden om te werken. Naast substraten zijn enzymen vaak afhankelijk van andere enzymen en van vitamines.
Naast de meer passieve "feedback" -soort van metabole regulatie door substraatconcentratie, zijn er directe controles in de meeste meercellige organismen. Zelfs planten gebruiken hormonen om hun metabolisme te regelen. Bij hogere dieren kan externe regulering van het metabolisme afkomstig zijn van chemische signalen die de enzymactiviteit regelen, hetzij door rechtstreeks op enzymen in te werken, hetzij door de genen te beïnvloeden die hun productie reguleren. Sommige vormen van metabole regulatie veranderen alleen de snelheid waarmee een biochemisch proces plaatsvindt; anderen activeren een proces of verhinderen dat het start. Bij dieren regelt de stofwisselingssnelheid functies van ademhaling tot lichaamsvet.
Er zijn veel aandoeningen van het metabolisme, waaronder duizenden aangeboren deficiënties van genen die coderen voor essentiële enzymen. Ziekten van de schildklier kunnen de metabolische snelheid radicaal veranderen, waardoor obesitas of bijna-honger ontstaat. Soms is het menselijk metabolisme buitengewoon langzaam of snel vanwege ziektetoestanden en kan het medisch worden behandeld. Van sommige medicijnen of voedingsstoffen kan worden gezegd dat ze de stofwisseling verhogen door de snelheid van de routes die betrokken zijn bij de koolhydraat- of vetvertering te veranderen. Bij patiënten met diabetes mellitus zijn bijvoorbeeld de effecten van het hormoon insuline op het suikermetabolisme aangetast en moet synthetische insuline worden toegediend om de normale metabole regulatie te herstellen.