Hvad er feedbackhæmning og hvorfor er det vigtigt at regulere enzymaktivitet?

Biologisk liv er generelt drevet af enzymatiske reaktioner. Under en reaktion omdannes input eller substrater til output eller produkter. I et biologisk system som en human celle kan disse reaktioner teoretisk ske spontan, men de ville forekomme så langsomt, at cellen ikke ville fungere korrekt. Specielle proteiner kaldet enzymer er i stand til at fremskynde reaktioner, men hvis der ikke var nogen måde at styre deres aktivitet på, ville resultaterne være lige så katastrofale for cellen. Feedbackinhibering er en af ​​de metoder, en celle kan bruge til at forhindre unødvendig enzymatisk aktivitet.

Enzymernes funktion

I en laboratorieindstilling kan mange reaktioner udføres uden enzymer ved opvarmning af en opløsning fuld af substrater, som tilføjer energi til systemet og øger chancerne for, at substraterne tilfældigt støder ind i hinanden i de nøjagtige stillinger, der er nødvendige for at producere det ønskede produkt. Levende celler har ikke denne mulighed, så de producerer enzymer til at bringe substrater sammen og lette reaktionen mellem de forskellige forbindelser. Enzymatiske reaktioner kræver stadig energi, men ikke så meget som det ville være nødvendigt i mangel af det katalytiske enzym.

Kontrol af enzymer

Der er generelt tre måder en celle kan styre aktiviteten af dets enzymer. Det kunne styre, hvor meget enzym der produceres eller ødelægges, men disse metoder er ikke så nyttige for en celle. Den tredje metode, feedback-inhibering, kan anvendes til omgående at reagere på cellulære betingelser. Feedbackinhibering opstår, når et af produkterne i en reaktionskæde forhindrer aktiviteten af ​​et enzym i begyndelsen eller i midten af ​​kæden. Dette er en reversibel proces. Når koncentrationen af ​​den hæmmende forbindelse falder, vil den adskille sig fra enzymet, så det kan katalysere reaktioner igen.

Case Study - Glukosemetabolisme

En af de mest kritiske reaktionskæder i eukaryotiske celler er glycolyse og citronsyrecyklus. Når glucose kommer ind i en celle, arbejder en kæde på 20 forskellige enzymer plus flere proteinkomplekser i mitokondrier sammen for at omdanne glukosen til ATP, en energibærer, der er nødvendig for at drive det cellulære liv. Hvis dyreceller ikke kunne kontrollere denne enzymkæde, vil glukose løbende blive trukket fra blodbanen og sænke blodsukkerniveauerne til et farligt niveau. Uden hæmning ville enzymkæder konstant producere forbindelser, som cellen ikke har brug for. Dette ville være et massivt spild af cellulære ressourcer.

Feedbackhæmning i glukosemetabolisme

ATP, slutproduktet af glukosemetabolismen, er den vigtigste feedback-hæmmer for enzymkæden. Når cellen har en overflod af gratis ATP molekyler - hvilket betyder at det har masser af energireserver og ikke behøver at producere mere - binder forbindelsen med flere enzymer langs kæden, især phosphofructokinase og pyruvatkinase. ATP-inhibering sker ved kritiske, irreversible punkter i processen. Glukosemetabolismen er derfor sat på vent, indtil cellen løber lavt på ATP, hvormed energimolekylerne bryder væk fra enzymerne, så de kan fortsætte med at omsætte sukker til energi.