Co to jest regulacja metaboliczna?
Regulacja metaboliczna to proces, w którym wszystkie komórki - od bakterii po ludzi - kontrolują procesy chemiczne niezbędne do życia. Metabolizm jest zorganizowany w złożone, zależne od kroku reakcje zwane szlakami metabolicznymi. Wszechobecne specjalne białka zwane enzymami są głównym sposobem regulacji tych szlaków, chociaż stężenie składników odżywczych, produktów odpadowych i hormonów może kontrolować tempo metabolizmu. Zaburzenia metaboliczne są chorobami dziedzicznymi spowodowanymi brakiem kluczowych enzymów, które zakłócają normalną regulację danego szlaku.
Metabolizm opisuje reakcje chemiczne, w których funkcjonują organizmy, od oddychania komórkowego po zdarzenia leżące u podstaw trawienia, wzrostu i reprodukcji. Układy zwane szlakami metabolicznymi koordynują te funkcje i zwykle są uruchamiane lub zatrzymywane przez białka zwane enzymami. Regulacja metaboliczna jest podstawą biologicznej kontroli metabolizmu, ponieważ umożliwia żywym komórkom kierowanie tymi szlakami. W systemach nieożywionych równowaga ze środowiskiem zewnętrznym zachodzi po zakończeniu reakcji chemicznych, które zabiłyby żywą komórkę. Zatem regulacja metaboliczna pomaga utrzymać żywy system w chemicznie zrównoważonym stanie, zwanym homeostazą.
Najbardziej podstawowa forma regulacji metabolicznej występuje, gdy geny nakazują komórkom wytwarzanie enzymów i regulowanie ich ilości. Dodatkowo w szlaku metabolicznym cząsteczki ulegają znaczącym zmianom i są albo wykorzystywane przez komórkę, albo przetwarzane w celu wygenerowania kolejnego etapu na ścieżce. Niektóre z tych cząsteczek, zwane substratami, są skutecznymi środkami regulacji metabolicznej poprzez ich stężenie. Szybkość szlaku metabolicznego zmienia się w zależności od dostępności i stężenia substratu, który musi wiązać się z enzymem, aby mógł działać. Oprócz substratów enzymy często zależą od innych enzymów i witamin.
Oprócz bardziej pasywnego rodzaju „sprzężenia zwrotnego” regulacji metabolicznej przez stężenie substratu, w większości organizmów wielokomórkowych istnieją bezpośrednie kontrole. Nawet rośliny używają hormonów do kontrolowania metabolizmu. U wyższych zwierząt zewnętrzna regulacja metabolizmu może pochodzić z sygnałów chemicznych, które kontrolują aktywność enzymów, albo bezpośrednio działając na enzymy, albo wpływając na geny regulujące ich produkcję. Niektóre formy regulacji metabolicznej zmieniają tylko szybkość czasu, w którym zachodzi proces biochemiczny; inne aktywują proces lub uniemożliwiają jego uruchomienie. U zwierząt tempo metabolizmu kontroluje funkcje od oddychania do tkanki tłuszczowej.
Istnieje wiele zaburzeń metabolizmu, w tym tysiące wrodzonych niedoborów genów kodujących niezbędne enzymy. Choroby tarczycy mogą radykalnie zmienić tempo metabolizmu, powodując otyłość lub głód. Czasami metabolizm człowieka jest zbyt wolny lub szybki z powodu stanów chorobowych i może być leczony medycznie. Można powiedzieć, że niektóre leki lub substancje odżywcze zwiększają tempo metabolizmu, zmieniając tempo szlaków związanych z trawieniem węglowodanów lub tłuszczu. Na przykład u pacjentów z cukrzycą wpływ insuliny na metabolizm cukru jest zaburzony, a insulinę syntetyczną należy podać w celu przywrócenia prawidłowej regulacji metabolicznej.