Stoffwechselregulation ist der Prozess, bei dem alle Zellen – von Bakterien bis zum Menschen – die für das Leben notwendigen chemischen Prozesse steuern. Der Stoffwechsel ist in komplexe, stufenabhängige Reaktionen organisiert, die als Stoffwechselwege bezeichnet werden. Allgegenwärtige spezielle Proteine, sogenannte Enzyme, sind der Hauptweg, mit dem diese Stoffwechselwege reguliert werden, obwohl die Konzentration von Nährstoffen, Abfallprodukten und Hormonen die Stoffwechselraten steuern kann. Stoffwechselstörungen sind Erbkrankheiten, die durch das Fehlen von Schlüsselenzymen verursacht werden, die die normale Regulation eines bestimmten Stoffwechselwegs stören.
Der Stoffwechsel beschreibt die chemischen Reaktionen, durch die Organismen funktionieren, von der Zellatmung bis zu den Vorgängen, die der Verdauung, dem Wachstum und der Fortpflanzung zugrunde liegen. Systeme, die Stoffwechselwege genannt werden, koordinieren diese Funktionen und werden normalerweise von Proteinen, den Enzymen, gestartet oder gestoppt. Die Stoffwechselregulation ist die Grundlage der biologischen Kontrolle des Stoffwechsels, da sie lebenden Zellen ermöglicht, diese Wege zu steuern. In unbelebten Systemen tritt das Gleichgewicht mit der äußeren Umgebung am Ende chemischer Reaktionen auf, die eine lebende Zelle töten würden. Auf diese Weise trägt die Stoffwechselregulation dazu bei, das lebende System in einem chemisch ausgeglichenen Zustand zu halten, der als Homöostase bezeichnet wird.
Die grundlegendste Form der Stoffwechselregulation tritt auf, wenn Gene Zellen anweisen, Enzyme zu produzieren und deren Menge zu regulieren. Darüber hinaus unterliegen Moleküle in einem Stoffwechselweg signifikanten Veränderungen und werden entweder von der Zelle verwendet oder verarbeitet, um einen weiteren Schritt im Stoffwechselweg zu erzeugen. Einige dieser Moleküle, Substrate genannt, sind durch ihre Konzentration wirksame Mittel der Stoffwechselregulation. Die Geschwindigkeit eines Stoffwechselweges ändert sich in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit und Konzentration eines Substrats, das an ein Enzym binden muss, um zu funktionieren. Neben Substraten sind Enzyme oft von anderen Enzymen und von Vitaminen abhängig.
Neben der eher passiven „Feedback“-Art der Stoffwechselregulation durch die Substratkonzentration gibt es bei den meisten vielzelligen Organismen direkte Kontrollen. Sogar Pflanzen verwenden Hormone, um ihren Stoffwechsel zu steuern. Bei höheren Tieren kann die externe Regulierung des Stoffwechsels von chemischen Signalen ausgehen, die die Enzymaktivität steuern, entweder indem sie direkt auf Enzyme einwirken oder die Gene beeinflussen, die ihre Produktion regulieren. Einige Formen der Stoffwechselregulation ändern nur die Zeitgeschwindigkeit, mit der ein biochemischer Prozess abläuft; andere aktivieren einen Prozess oder verhindern dessen Start. Bei Tieren steuert der Stoffwechsel die Funktionen von der Atmung bis zum Körperfett.
Es gibt viele Störungen des Stoffwechsels, darunter Tausende angeborener Defekte von Genen, die für essentielle Enzyme kodieren. Erkrankungen der Schilddrüse können den Stoffwechsel radikal verändern und zu Fettleibigkeit oder Fast-Verhungern führen. Manchmal ist der menschliche Stoffwechsel aufgrund von Krankheitszuständen übermäßig langsam oder schnell und kann medizinisch behandelt werden. Von einigen Medikamenten oder Nährstoffen kann gesagt werden, dass sie die Stoffwechselrate erhöhen, indem sie die Geschwindigkeit der Stoffwechselwege verändern, die an der Kohlenhydrat- oder Fettverdauung beteiligt sind. Bei Patienten mit Diabetes mellitus beispielsweise ist die Wirkung des Hormons Insulin auf den Zuckerstoffwechsel beeinträchtigt und es muss synthetisches Insulin verabreicht werden, um die normale Stoffwechselregulation wiederherzustellen.