Mechanizmy regulacji metabolizmu komórkowego

mechanizmy odpowiedzialne za regulację szlaków metabolicznych w komórce. Przemiana materii w komórkach jest bardzo precyzyjnie regulowana (homeostaza). Zaburzenia tej regulacji mogą prowadzić nawet do śmierci komórki lub całego organizmu wielokomórkowego, a w organizmach zwierząt i człowieka być również przyczyną chorób metabolicznych i nowotworowych. Do mechanizmów r. m. należą m.in. mechanizmy regulacji aktywności enzymów, enzymy allosteryczne, sprzężenie zwrotne, a przede wszystkim regulacja genetyczna. W organizmach roślin i zwierząt dużą rolę w r. m. odgrywają ponadto czynniki zewnętrzne, m.in. światło, temperatura, zawartość tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu.

W każdej komórce niezależnie od jej rodzaju i pochodzenia zachodzą tysiące procesów chemicznych sprawiających, że komórka pozyskuje, przekształca i wykorzystuje energię pochodzącą ze źródeł zewnętrznych, magazynuje substancje zapasowe, wytwarza niezbędne związki chemiczne, usuwa toksyny. Dzięki temu może dzielić się, różnicować, migrować i wreszcie umrzeć w sposób zaplanowany. Żeby jednak to było możliwe, zachodzące w komórce procesy nie mogą zachodzić chaotycznie. Ich szybkość, kierunek, współwystępowanie lub rozdzielność co do czasu i miejsca nie są przypadkowe, przeciwnie podlegają precyzyjnej regulacji. Pozwala ona na dostosowywanie tempa procesów metabolicznych do aktualnych potrzeb komórki. Możliwość takiej regulacji wynika stąd, że wszystkie, z nielicznymi wyjątkami, procesy biochemiczne komórce zachodzą dzięki obecności odpowiednich wyspecjalizowanych białek. Wśród nich są m.in. enzymy katalizujące reakcje chemiczne, białka umożliwiające selektywne przenikanie różnych substancji przez błonę plazmatyczna komórki oraz przez błony tworzące organelle komórkowe, białka regulujące ekspresje genów, białka odpowiedzialne za transport różnych substancji w komórce, białka wpływające na aktywność biologiczną innych białek, białka receptorowe i szereg innych. Co więcej, aktywność biologiczna niektórych z tych białek może się zmieniać, dostosowując się do aktualnych potrzeb komórki. Zmiany te niekiedy są długotrwałe, wielogodzinne związane ze zmianą ilości białka w komórce a czasem trwają sekundy i polegają na modyfikacji aktywności białek już istniejących w komórce. Zrozumienie tych mechanizmów ma nie tylko znaczenie poznawcze, ale także stwarza nadzieje na opracowanie skutecznych metod ingerencji farmakologicznej w leczeniu różnych chorób takich jak choroby metaboliczne (np. cukrzyca) czy nowotwory. Badanie metabolizmu jest skomplikowane. Szczególnie trudny jest jego opis w kategoriach ilościowych, a dopiero to może dać podstawę do skutecznej ingerencji terapeutycznej. Dlatego nie ustają prace nad stworzeniem nowych strategii badawczych i nowych modeli matematycznych opisujących tę skomplikowaną sieć współzależności.