La régulation métabolique est le processus par lequel toutes les cellules, des bactéries aux humains, contrôlent les processus chimiques nécessaires à la vie. Le métabolisme est organisé en réactions complexes, dépendantes des étapes, appelées voies métaboliques. Des protéines spéciales omniprésentes appelées enzymes sont le principal moyen de réguler ces voies, bien que la concentration de nutriments, de déchets et d’hormones puisse contrôler les taux métaboliques. Les troubles métaboliques sont des maladies héréditaires causées par l’absence d’enzymes clés qui perturbent la régulation normale d’une voie donnée.
Le métabolisme décrit les réactions chimiques par lesquelles les organismes fonctionnent, de la respiration cellulaire aux événements sous-jacents à la digestion, la croissance et la reproduction. Des systèmes appelés voies métaboliques coordonnent ces fonctions et sont généralement déclenchés ou arrêtés par des protéines appelées enzymes. La régulation métabolique est à la base du contrôle biologique du métabolisme, car elle permet aux cellules vivantes de diriger ces voies. Dans les systèmes non vivants, l’équilibre avec l’environnement extérieur se produit à l’issue de réactions chimiques, qui tueraient une cellule vivante. Ainsi, la régulation métabolique aide à maintenir le système vivant dans un état chimiquement équilibré, appelé homéostasie.
La forme la plus basique de régulation métabolique se produit lorsque les gènes ordonnent aux cellules de produire des enzymes et de réguler leur quantité. De plus, dans une voie métabolique, les molécules subissent des changements importants et sont soit utilisées par la cellule, soit traitées pour générer une autre étape de la voie. Certaines de ces molécules, appelées substrats, sont des moyens efficaces de régulation métabolique par leur concentration. Le taux d’une voie métabolique changera, en fonction de la disponibilité et de la concentration d’un substrat, qui doit se lier à une enzyme pour fonctionner. En plus des substrats, les enzymes dépendent souvent d’autres enzymes et de vitamines.
En plus du type de régulation métabolique plus passive par rétroaction par la concentration de substrat, il existe des contrôles directs dans la plupart des organismes multicellulaires. Même les plantes utilisent des hormones pour contrôler leur métabolisme. Chez les animaux supérieurs, la régulation externe du métabolisme peut provenir de signaux chimiques qui contrôlent l’activité enzymatique, soit en agissant directement sur les enzymes, soit en affectant les gènes qui régulent leur production. Certaines formes de régulation métabolique ne modifient que la vitesse à laquelle un processus biochimique se produit ; d’autres activent un processus ou l’empêchent de démarrer. Chez les animaux, le taux métabolique contrôle les fonctions de la respiration à la graisse corporelle.
Il existe de nombreux troubles du métabolisme, y compris des milliers de déficiences congénitales des gènes qui codent pour les enzymes essentielles. Les maladies de la thyroïde peuvent modifier radicalement le taux métabolique, provoquant l’obésité ou la quasi-famine. Parfois, le métabolisme humain est excessivement lent ou rapide en raison d’états pathologiques et peut être traité médicalement. On peut dire que certains médicaments ou substances nutritionnelles stimulent les taux métaboliques en modifiant le taux des voies impliquées dans la digestion des glucides ou des graisses. Chez les patients atteints de diabète sucré, par exemple, les effets de l’hormone insuline sur le métabolisme du sucre sont compromis et de l’insuline synthétique doit être administrée pour rétablir une régulation métabolique normale.