Biologiskt liv drivs generellt av enzymatiska reaktioner. Under en reaktion omvandlas ingångar eller substrat till utdata eller produkter. I ett biologiskt system som en mänsklig cell skulle dessa reaktioner kunna ske teoretiskt på ett spontant sätt, men de skulle inträffa så långsamt att cellen inte skulle fungera korrekt. Speciella proteiner som kallas enzymer kan påskynda reaktioner, men om det inte fanns något sätt att kontrollera deras aktivitet, skulle resultaten vara lika katastrofala för cellen. Feedbackinhibering är en av de metoder som en cell kan använda för att förhindra onödig enzymaktivitet.

Enzymernas funktion

I en laboratorieinställning kan många reaktioner utföras utan enzymer genom uppvärmning av en lösning full av substrat, som lägger till energi i systemet och ökar chanserna för att substraten slumpmässigt stöter på varandra i exakta lägen som är nödvändiga för att producera önskad produkt. Levande celler har inte detta alternativ, så de producerar enzymer för att bringa substrat tillsammans och underlätta reaktionen mellan de olika föreningarna. Enzymatiska reaktioner kräver fortfarande energi, men inte så mycket som behövs i frånvaro av det katalytiska enzymet.

Kontroll av enzymer

Det finns generellt tre sätt att en cell kan styra aktiviteten hos dess enzymer. Det kan kontrollera hur mycket enzym produceras eller förstörs, men dessa metoder är inte lika användbara för en cell. Den tredje metoden, återkopplingsinhibering, kan användas för att omedelbart reagera på cellulära betingelser. Feedbackinhibering inträffar när en av produkterna i en reaktionskedja hindrar aktiviteten hos ett enzym i början eller i mitten av kedjan. Detta är en reversibel process. När koncentrationen av den inhiberande föreningen faller kommer den att dissociera från enzymet, så att den kan katalysera reaktioner igen.

Fallstudie - Glukosmetabolism

En av de mest kritiska reaktionskedjorna i eukaryota celler är glykolys och citronsyracykeln. När glukos tränger in i en cell, arbetar en kedja med 20 olika enzymer plus flera proteinkomplex i mitokondrier för att omvandla glukosen till ATP, en energibärare som är nödvändig för att driva celllivet. Om djurceller inte kunde kontrollera denna enzymkedja, skulle glukos kontinuerligt dras från blodbanan och sänka blodsockernivån till en farlig nivå. Utan hämning skulle enzymkedjor ständigt producera föreningar som cellen inte behöver för närvarande. Detta skulle vara ett massivt slöseri med cellresurser.

Återkoppling av glukosmetabolism

ATP, slutprodukten av glukosmetabolism, är den viktigaste återkopplingshämmaren för enzymkedjan. När cellen har ett överflöd av fria ATP-molekyler, vilket betyder att det har gott om energireserver och inte behöver producera mer, binder föreningen med flera enzymer längs kedjan, i synnerhet fosfofructokinas och pyruvatkinas. ATP-inhibering sker vid kritiska, irreversibla punkter i processen. Glukosmetabolism sätts därför i vänteläge tills cellen löper lågt på ATP, vid vilken tid energimolekylerna bryter ifrån enzymerna, vilket gör att de kan fortsätta att metabolisera socker till energi.