La regolazione metabolica è il processo mediante il quale tutte le cellule, dai batteri agli esseri umani, controllano i processi chimici necessari per la vita. Il metabolismo è organizzato in complesse reazioni dipendenti dal passaggio chiamate vie metaboliche. Le proteine speciali onnipresenti chiamate enzimi sono il modo principale per regolare questi percorsi, sebbene la concentrazione di nutrienti, prodotti di scarto e ormoni possa controllare i tassi metabolici. I disordini metabolici sono malattie ereditarie causate dall’assenza di enzimi chiave che interrompono la normale regolazione di un determinato percorso.
Il metabolismo descrive le reazioni chimiche attraverso le quali funzionano gli organismi, dalla respirazione cellulare agli eventi alla base della digestione, della crescita e della riproduzione. I sistemi chiamati vie metaboliche coordinano queste funzioni e di solito sono avviati o fermati da proteine chiamate enzimi. La regolazione metabolica è alla base del controllo biologico del metabolismo, poiché consente alle cellule viventi di dirigere questi percorsi. Nei sistemi non viventi, l’equilibrio con l’ambiente esterno avviene alla conclusione di reazioni chimiche, che ucciderebbero una cellula vivente. Quindi la regolazione metabolica aiuta a mantenere il sistema vivente in uno stato chimicamente equilibrato, chiamato omeostasi.
La forma più elementare di regolazione metabolica si verifica quando i geni istruiscono le cellule a produrre enzimi e a regolarne la quantità. Inoltre, in una via metabolica, le molecole subiscono cambiamenti significativi e vengono utilizzate dalla cellula o processate per generare un altro passaggio nella via. Alcune di queste molecole, dette substrati, sono efficaci mezzi di regolazione metabolica attraverso la loro concentrazione. La velocità di una via metabolica cambierà, a seconda della disponibilità e della concentrazione di un substrato, che deve legarsi a un enzima per funzionare. Oltre ai substrati, gli enzimi dipendono spesso da altri enzimi e dalle vitamine.
Oltre al tipo di regolazione metabolica più passiva “feedback” per concentrazione del substrato, ci sono controlli diretti nella maggior parte degli organismi multicellulari. Anche le piante usano gli ormoni per controllare il loro metabolismo. Negli animali superiori, la regolazione esterna del metabolismo può provenire da segnali chimici che controllano l’attività enzimatica, sia agendo direttamente sugli enzimi sia influenzando i geni che ne regolano la produzione. Alcune forme di regolazione metabolica modificano solo la velocità con cui si verifica un processo biochimico; altri attivano un processo o ne impediscono l’avvio. Negli animali, il tasso metabolico controlla le funzioni dalla respirazione al grasso corporeo.
Ci sono molti disturbi del metabolismo, comprese migliaia di carenze congenite di geni che codificano per enzimi essenziali. Le malattie della tiroide possono modificare radicalmente il tasso metabolico, causando obesità o quasi fame. A volte, il metabolismo umano è eccessivamente lento o veloce a causa di stati patologici e può essere trattato medicamente. Si può dire che alcuni farmaci o sostanze nutritive aumentano i tassi metabolici modificando la velocità delle vie coinvolte nella digestione dei carboidrati o dei grassi. Nei pazienti con diabete mellito, ad esempio, gli effetti dell’ormone insulina sul metabolismo degli zuccheri sono compromessi e l’insulina sintetica deve essere somministrata per ripristinare la normale regolazione metabolica.