Vad är metabolisk reglering?

Metabolisk reglering är den process genom vilken alla celler - från bakterier till människor - styr de kemiska processer som är nödvändiga för livet. Metabolism är organiserat i komplexa, stegberoende reaktioner som kallas metaboliska vägar. Ubiquitösa specialproteiner som kallas enzymer är det viktigaste sättet att dessa vägar regleras, även om koncentrationen av näringsämnen, avfallsprodukter och hormoner kan kontrollera metabolismhastigheter. Metaboliska störningar är ärvda sjukdomar orsakade av frånvaro av viktiga enzymer som stör den normala regleringen av en given väg.

Metabolism beskriver de kemiska reaktioner som organismer fungerar från cellandning till händelserna som ligger bakom matsmältningen, tillväxten och reproduktionen. System som kallas metaboliska vägar koordinerar dessa funktioner och startas eller stoppas vanligtvis av proteiner som kallas enzymer. Metabolisk reglering är grunden för den biologiska kontrollen av metabolism, eftersom det gör det möjligt för levande celler att rikta dessa vägar. I icke-levande system uppstår jämvikt med den yttre miljön vid slutet av kemiska reaktioner, vilket skulle döda en levande cell. Således hjälper metabolisk reglering att hålla det levande systemet i ett kemiskt balanserat tillstånd, kallat homeostas.

Den mest grundläggande formen för metabolisk reglering uppstår när gener instruerar celler att producera enzymer och att reglera deras kvantitet. Dessutom genomgår molekyler i en metabolisk väg väsentliga förändringar och används antingen av cellen eller behandlas för att generera ytterligare ett steg i vägen. Vissa av dessa molekyler, kallade substrat, är effektiva metoder för metabolisk reglering genom deras koncentration. Hastigheten för en metabolismväg kommer att förändras, beroende på tillgängligheten och koncentrationen av ett substrat, som måste binda till ett enzym för att fungera. Förutom underlag är enzymer ofta beroende av andra enzymer och vitaminer.

Förutom den mer passiva "feedback" -formen av metabolisk reglering genom substratkoncentration, finns det direkta kontroller i de flesta flercelliga organismer. Till och med växter använder hormoner för att kontrollera deras ämnesomsättning. Hos högre djur kan extern reglering av metabolism komma från kemiska signaler som styr enzymaktivitet, antingen genom att direkt agera på enzymer eller genom att påverka generna som reglerar deras produktion. Vissa former av metabolisk reglering ändrar endast hastigheten vid vilken en biokemisk process sker; andra aktiverar en process eller förhindrar att den startar. Hos djur styr metabolismhastigheten funktioner från andning till kroppsfett.

Det finns många störningar i metabolismen, inklusive tusentals medfödda brister i gener som kodar för viktiga enzymer. Sjukdomar i sköldkörteln kan radikalt förändra ämnesomsättningen och orsaka fetma eller nästan svält. Ibland är människans metabolism alltför långsam eller snabb på grund av sjukdomstillstånd och kan behandlas medicinskt. Vissa läkemedel eller näringsämnen kan sägas öka ämnesomsättningen genom att ändra hastigheten på vägar som är involverade i kolhydrater eller fettförsmältning. Hos patienter med diabetes mellitus, till exempel, äventyras hormoninsulinets effekter på sockermetabolismen, och syntetiskt insulin måste administreras för att återställa normal metabolisk reglering.