Τι είναι η αναστολή ανατροφοδότησης;

Αναστολή ανάδρασης (στη βιολογία) ορίζεται ως η διαδικασία κατά την οποία το τελικό προϊόν μιας αντίδρασης αναστέλλει ή ελέγχει τη δράση του ενζύμου που βοήθησε στην παραγωγή του. Με άλλα λόγια, τα τελικά προϊόντα που σχηματίζονται στην αντίδραση λαμβάνουν στην πραγματικότητα ένζυμα για να επιβραδύνουν ή να σταματήσουν εντελώς την παραγωγή νέων προϊόντων.

Ορισμός αναστολής σχολίων

Η αναστολή ανάδρασης ορίζεται ως η διαδικασία κατά την οποία το τελικό προϊόν μιας αντίδρασης αναστέλλει ή ελέγχει τη δράση του ενζύμου που βοήθησε στην παραγωγή του. Με άλλα λόγια, αναφέρεται σε μια κατάσταση όπου τα τελικά προϊόντα που σχηματίζονται στο τέλος μιας αλληλουχίας αντιδράσεων συμμετέχουν στην καταστολή της δραστηριότητας των ενζύμων που βοήθησαν στη σύνθεση των τελικών προϊόντων.

Η αναστολή ανάδρασης είναι ένας γενικός όρος που ισχύει για τους μηχανισμούς ελέγχου που υπάρχουν στο σώμα σας και μεμονωμένα κύτταρα που μπορούν να κλείσουν ή να αναστέλλουν ορισμένες ενέργειες. Χωρίς αναστολή ανάδρασης, το σώμα μας μπορεί να παράγει υπερβολική ποσότητα από ορισμένες ουσίες και όχι αρκετή από άλλες, σπαταλώντας έτσι τους πολύτιμους πόρους μας, κάτι που το ανθρώπινο σώμα μισεί να κάνουμε!

Η αναστολή ανατροφοδότησης αποτελείται από τις ενέργειες που κάνει το σώμα για τη ρύθμιση ορισμένων φυσικών διεργασιών και σχετίζεται κυρίως με την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των ενζύμων. Προτού μπορέσουμε να εμβαθύνουμε στο ποιο σκοπό εξυπηρετεί η αναστολή της ανάδρασης και πώς επιτυγχάνει το σημαντικό της έργο, πρέπει να κατανοήσουμε λίγο περισσότερα για τα ένζυμα και τον ρόλο τους στο σώμα.

Προκειμένου να κατανοήσουμε την αναστολή ανάδρασης, βοηθάει να έχουμε λίγο υπόβαθρο για ένζυμα, υποστρώματα και προϊόντα.

Ένζυμα, υποστρώματα και προϊόντα

Πες, έχεις φτιάξει ποτέ ένα φλιτζάνι από πηλό; Τα υποστρώματα είναι κυτταρικά υλικά, όπως και ο πηλός. Το κύπελλο (ή οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο) που σχηματίζεται χρησιμοποιώντας αυτό είναι το «προϊόν». Όπως και όταν απαιτείται, προστίθενται ή αφαιρούνται κομμάτια πηλού για να σχηματιστεί το επιδιωκόμενο τελικό προϊόν, δηλαδή το κύπελλο. Όπως ακριβώς ο πηλός μπορεί να διαμορφωθεί και να αναμορφωθεί, να θερμανθεί και να υποστεί επεξεργασία με διαφορετικούς τρόπους για να σχηματιστούν τελικά προϊόντα, ομοίως, ορισμένες χημικές ομάδες μπορούν να αφαιρεθούν ή να προστεθούν σε υποστρώματα για να παραχθεί το τελικό προϊόν.

Ένα πήλινο κύπελλο είναι μόνο ένα από τα πολλά σχήματα που μπορούν να σχηματιστούν με την ίδια πρώτη ύλη, δηλαδή τον πηλό. (Πίστωση εικόνας:Pixabay)

Το ένζυμο δεσμεύει το υπόστρωμά του στη δραστική θέση και αυτό είναι το σημείο όπου το υπόστρωμα γίνεται το προϊόν. Περιττό να πούμε ότι δεν υπάρχει μόνο ένα βήμα για την κατασκευή ενός πήλινου κυπέλλου. ο πηλός περνά από διάφορα βήματα για να γίνει κύπελλο.

Ωστόσο, η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί ακόμα και μετά τη λήψη του σχήματος του κυπέλλου. Αυτό συμβαίνει επειδή το σχήμα του κυπέλλου είναι απλώς το πρώτο προϊόν. Στη συνέχεια, υποβάλλεται σε μια σειρά διαδικασιών, έτσι ώστε ουσιαστικά να γίνει η «εισαγωγή» για τα επόμενα προϊόντα. Ομοίως, τα προϊόντα που σχηματίζονται από υποστρώματα χρησιμοποιούνται συχνά ως υποστρώματα για άλλα ένζυμα.

Συμβαίνει ότι σε κάθε βήμα, σχηματίζεται ένα διαφορετικό προϊόν και ως εκ τούτου, το υπόστρωμα γίνεται διαφορετικό από αυτό που ήταν στο προηγούμενο βήμα. Το κύτταρο χρησιμοποιεί ένζυμα σε κάθε επόμενο βήμα για να δημιουργήσει το επόμενο προϊόν.

Ένζυμα και ενζυματικές αντιδράσεις

Με περισσότερα από 30 τρισεκατομμύρια κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα ανά πάσα στιγμή, και ενζυματικές διεργασίες να συμβαίνουν συνεχώς σε κάθε δευτερόλεπτο της ζωής μας, η πιο κοντινή εκτίμηση είναι ότι υπάρχουν περισσότερες από 35 χιλιάδες δισεκατομμύρια χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο!

Όπως δείχνει ξεκάθαρα αυτός ο αριθμός, οι ενζυμικές αντιδράσεις είναι ένα κρίσιμο μέρος της επιβίωσης και είναι υπεύθυνες για τα πάντα, από την παραγωγή ενέργειας και την πέψη της τροφής μέχρι τη διασφάλιση της σωστής αντιγραφής του DNA. Σε μια ενζυματική αντίδραση, τυπικά προστίθενται ή αφαιρούνται χημικές ομάδες από ένα υπόστρωμα με ένα ένζυμο, το οποίο αφήνει ένα προϊόν πίσω. Αυτό το προϊόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από τον οργανισμό ή πρέπει να υποβληθεί σε άλλη ενζυματική αντίδραση ως υπόστρωμα για να μετατραπεί σε διαφορετικό προϊόν.

Τεχνικά μιλώντας, ένα ένζυμο θα δεσμευτεί στην ενεργό θέση ενός μορίου και θα ξεκινήσει τη δουλειά του. Για παράδειγμα, στην κυτταρική αναπνοή, που είναι ο τρόπος με τον οποίο τα τρόφιμα διασπώνται για να παράγουν χρησιμοποιήσιμη ενέργεια (ATP - τριφωσφορική αδενοσίνη), ένα μόριο γλυκόζης θα υποβληθεί σε δέκα διαφορετικές ενζυματικές αντιδράσεις με δέκα διαφορετικά ένζυμα σε μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκόλυση. Καθένα από αυτά τα δέκα ένζυμα θα συνδεθεί με την ενεργή θέση του μορίου/υποστρώματος γλυκόζης. Όταν ολοκληρωθεί το ένζυμο (χιλιοστά του δευτερολέπτου αργότερα, σε ορισμένες περιπτώσεις), αυτό το μόριο θεωρείται πλέον προϊόν, αν και θα θεωρείται υπόστρωμα στις επόμενες εννέα ενζυματικές αντιδράσεις που απαιτούνται για την παραγωγή μόνο δύο μονάδων ATP.

Πώς λειτουργεί η αναστολή σχολίων;

Στη διαδικασία σχηματισμού του προϊόντος, τα ένζυμα παίζουν κρίσιμο ρόλο. Ο ρόλος τους είναι πολύ σημαντικός γιατί τα προϊόντα που βοηθούν να σχηματιστούν μπορεί να έχουν θετικές ή αρνητικές επιπτώσεις στον οργανισμό ξενιστή. Ως εκ τούτου, είναι κρίσιμο να ελέγχεται/ρυθμίζεται η δράση των ενζύμων και να σταματήσουν να λειτουργούν όταν τους ζητηθεί να το κάνουν.

Μια σειρά από ενζυματικές αντιδράσεις σταμάτησαν με αναστολή ανάδρασης

Αυτό είναι όπου η αναστολή ανατροφοδότησης παίρνει το στάδιο. Η αναστολή ανάδρασης κάνει το προϊόν να επιστρέψει στην οδό και λέει σε ένα από τα προηγούμενα ένζυμα να σταματήσει να λειτουργεί.

Για να το καταλάβετε καλύτερα, εξετάστε ξανά το παράδειγμα των πήλινων κυπέλλων. Εάν έχετε ήδη φτιάξει πολλά πήλινα κύπελλα, θα φτάσετε σύντομα σε ένα σημείο όπου θα έχετε φτιάξει τόσα πολλά κύπελλα που δεν έχετε χώρο για να χωρέσετε νέα κύπελλα. Έτσι, η τεράστια αφθονία των φλιτζανιών στο δωμάτιό σας σας λέει ότι πρέπει να σταματήσετε να φτιάχνετε νέα κύπελλα (που ουσιαστικά σημαίνει ότι πρέπει να σταματήσετε να διαμορφώνετε και να επεξεργάζεστε πηλό).

Η αναστολή ανατροφοδότησης των ενζύμων λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Τα τελικά προϊόντα που σχηματίζονται στην αντίδραση επιβραδύνουν τα ένζυμα ή σταματούν εντελώς την παραγωγή νέων προϊόντων.

Αναστολή ανάδρασης ως μηχανισμός ελέγχου

Παρά το γεγονός ότι είναι ένα απίστευτο μηχάνημα, το ανθρώπινο σώμα χρειάζεται ακόμα κάποια καθοδήγηση και έλεγχο, όπου έρχεται η αναστολή της ανάδρασης. Όταν ένα ένζυμο μετατρέπει ένα υπόστρωμα σε προϊόν, ικανοποιείται κάποια ποσότητα ανάγκης. Εάν το σώμα ή το κύτταρο δεν χρειάζεται πλέον αυτό το προϊόν, το ίδιο το προϊόν θα πει στα ένζυμα να σταματήσουν να λειτουργούν.

Θυμάστε τη δραστική θέση που αναφέρθηκε παραπάνω, όπου το ένζυμο θα συνδεθεί αρχικά σε ένα μόριο υποστρώματος; Λοιπόν, υπάρχει μια δεύτερη ενεργή θέση, αλλά αυτή είναι ειδικά για τα προϊόντα που παράγονται από το ένζυμο. Αυτό το προϊόν θα επιστρέψει στην ενζυμική οδό για να σταματήσει τη δραστηριότητα του ενζύμου μετουσιώνοντας την πρωτεΐνη, αποτρέποντας περαιτέρω δέσμευση με υποστρώματα.

Όταν έχει χρησιμοποιηθεί αρκετό από το προϊόν και ο αισθητήρας δεν ανιχνεύει πλέον περίσσεια του προϊόντος, η αναστολή ανάδρασης χαλαρώνει και τα ένζυμα θα απελευθερώσουν τα προϊόντα που τα έχουν μετουσιώσει. Οι ενζυματικές αντιδράσεις μπορούν στη συνέχεια να επαναληφθούν κανονικά. Αυτή η μέθοδος ελέγχου της συγκέντρωσης των κυτταρικών συστατικών είναι που μας επιτρέπει να λειτουργούμε ακόμη και στο πιο βασικό επίπεδο.

Παράδειγμα αναστολής σχολίων

Παραγωγή χοληστερόλης

Η αναστολή της ανάδρασης ελέγχει την παραγωγή χοληστερόλης. Η χοληστερόλη είναι σημαντική για τη διευκόλυνση της σηματοδότησης μεταξύ των κυττάρων και τη διατήρηση της ακεραιότητας των κυτταρικών μεμβρανών. Ωστόσο, η υπερβολική ποσότητα χοληστερόλης μπορεί να είναι αρκετά επικίνδυνη, μπορεί να οδηγήσει σε τρομερές συνέπειες.

Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό για τον οργανισμό να μειώσει το σχηματισμό χοληστερόλης όταν φτάσει σε επικίνδυνα επίπεδα. Εκεί βοηθά η αναστολή ανατροφοδότησης. Εάν υπάρχει πολλή χοληστερόλη στην κυκλοφορία του αίματος, δημιουργείται νέο ένζυμο που παράγει χοληστερόλη, το οποίο τελικά οδηγεί σε σταδιακή μείωση των επιπέδων χοληστερόλης στο σώμα.

Τα υψηλά επίπεδα χοληστερόλης μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα που σχετίζονται με την καρδιά. (Φωτογραφία :Lisa F. Young / Shutterstock)

Ρύθμιση παραγωγής ATP

Το ATP ή η τριφωσφορική αδενοσίνη σχηματίζεται από τη γλυκόζη λόγω μιας σειράς ενζυματικών αντιδράσεων μέσα στα κύτταρά μας. Εάν παράγεται πάρα πολύ ATP, μπορεί να οδηγήσει σε εξάντληση της γλυκόζης στο σώμα σας και απώλεια ενέργειας. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να ρυθμίσετε την ποσότητα της γλυκόζης που διασπάται για την παραγωγή ATP. Το ATP συνδέεται με ένα συγκεκριμένο ένζυμο, το οποίο σταματά από την περαιτέρω διάσπαση της γλυκόζης που είναι αποθηκευμένη στο σώμα. Η παρακάτω εικόνα μπορεί να σας βοηθήσει να οπτικοποιήσετε καλύτερα ολόκληρη τη διαδικασία:

Τα βήματα της γλυκόλυσης και η χρήση της αναστολής ανάδρασης σε αυτό το μονοπάτι. (Προστασία φωτογραφίας:Phill729
/Wikimedia Commons)

Μια τελευταία λέξη

Οι μικροσκοπικές ενέργειες που συμβαίνουν στα κύτταρά μας μπορεί να είναι εύκολο να παραβλεφθούν ή να θεωρηθούν δεδομένες, αλλά προφανώς, αυτές οι μικρές ενέργειες έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία μας. Χωρίς την όμορφη μεταβολική αρχιτεκτονική του σώματός μας, η οποία επιτρέπει ενζυμικές αντιδράσεις και αναστολή ανάδρασης, δεν θα μπορούσαμε να εξελιχθούμε στο ενεργητικό, γαστρονομικά περίεργο, με κριτική σκέψη που είμαστε σήμερα!