La vita biologica è generalmente guidata da reazioni enzimatiche. Durante una reazione, input o substrati, vengono convertiti in output o prodotti. In un sistema biologico come una cellula umana, queste reazioni potrebbero teoricamente verificarsi in modo spontaneo, ma si verificherebbero così lentamente che la cellula non funzionerebbe correttamente. Le proteine ​​speciali chiamate enzimi sono in grado di accelerare le reazioni, ma se non ci fosse modo di controllare la loro attività, i risultati sarebbero altrettanto catastrofici per la cellula. L'inibizione del feedback è uno dei metodi che una cellula può utilizzare per ostacolare l'attività enzimatica non necessaria.

Funzione degli enzimi

In un ambiente di laboratorio, molte reazioni possono essere eseguite senza enzimi riscaldando una soluzione piena di substrati, che aggiungono energia al sistema e aumenta le possibilità che i substrati si scontrino casualmente tra loro nelle posizioni esatte necessarie per produrre il prodotto desiderato. Le cellule viventi non hanno questa opzione, quindi producono enzimi per riunire i substrati e facilitare la reazione tra i diversi composti. Le reazioni enzimatiche richiedono ancora energia, ma non quasi quanto sarebbe necessario in assenza dell'enzima catalitico.

Controllo degli enzimi

Esistono generalmente tre modi in cui una cellula può controllare l'attività di i suoi enzimi Potrebbe controllare la quantità di enzima prodotto o distrutto, ma questi metodi non sono così utili per una cellula. Il terzo metodo, l'inibizione della retroazione, può essere utilizzato per reagire immediatamente alle condizioni cellulari. L'inibizione del feedback si verifica quando uno dei prodotti di una catena di reazioni ostacola l'attività di un enzima all'inizio o nel mezzo della catena. Questo è un processo reversibile. Quando la concentrazione del composto inibente cade, si dissocerà dall'enzima, consentendo di catalizzare nuovamente le reazioni.

Case Study - Metabolismo del glucosio

Una delle catene di reazione più critiche nelle cellule eucariotiche è glicolisi e ciclo dell'acido citrico. Quando il glucosio entra in una cellula, una catena di 20 diversi enzimi e diversi complessi proteici nei mitocondri lavorano insieme per trasformare il glucosio in ATP, un vettore energetico necessario per guidare la vita cellulare. Se le cellule animali non riuscissero a controllare questa catena enzimatica, il glucosio verrebbe continuamente prelevato dal flusso sanguigno, abbassando i livelli di zucchero nel sangue a un livello pericoloso. Senza inibizione, le catene enzimatiche produrrebbero costantemente composti di cui la cellula non ha attualmente bisogno. Questo sarebbe un enorme spreco di risorse cellulari.

Inibizione del feedback nel metabolismo del glucosio

L'ATP, il prodotto finale del metabolismo del glucosio, è l'inibitore chiave di feedback per la catena enzimatica. Quando la cellula ha un'abbondanza di molecole di ATP libere - il che significa che ha un sacco di riserve energetiche e non ha bisogno di produrre di più - il composto si lega con diversi enzimi lungo la catena, in particolare fosfofuctokinase e piruvato chinasi. L'inibizione dell'ATP si verifica in punti critici e irreversibili del processo. Il metabolismo del glucosio viene quindi messo in attesa fino a quando la cellula non raggiunge l'ATP, a quel punto le molecole di energia si staccano dagli enzimi, consentendo loro di continuare a metabolizzare lo zucchero in energia.