La vie biologique est généralement déterminée par des réactions enzymatiques. Au cours d'une réaction, les entrées ou substrats sont convertis en sorties ou produits. Dans un système biologique comme une cellule humaine, ces réactions pourraient théoriquement se produire de manière spontanée, mais elles se produiraient si lentement que la cellule ne fonctionnerait pas correctement. Des protéines spéciales appelées enzymes sont capables d'accélérer les réactions, mais s'il n'y avait aucun moyen de contrôler leur activité, les résultats seraient tout aussi catastrophiques pour la cellule. L'inhibition de la rétroaction est l'une des méthodes qu'une cellule peut utiliser pour empêcher toute activité enzymatique inutile.
Fonction des enzymes
Dans un laboratoire, de nombreuses réactions peuvent être réalisées sans enzymes en chauffant une solution remplie de substrats, qui ajoute de l'énergie au système et augmente les chances que les substrats se cognent de manière aléatoire l'un dans l'autre dans les positions exactes nécessaires pour produire le produit désiré. Les cellules vivantes n'ont pas cette option, donc elles produisent des enzymes pour réunir les substrats et faciliter la réaction entre les différents composés. Les réactions enzymatiques nécessitent encore de l'énergie, mais pas autant que ce qui serait nécessaire en l'absence de l'enzyme catalytique.
Contrôle des enzymes
Il existe généralement trois façons dont une cellule peut contrôler l'activité de ses enzymes. Il pourrait contrôler combien d'enzyme est produite ou détruite, mais ces méthodes ne sont pas aussi utiles à une cellule. La troisième méthode, la rétro-inhibition, peut être utilisée pour réagir immédiatement aux conditions cellulaires. L'inhibition par rétroaction se produit lorsque l'un des produits d'une chaîne de réactions entrave l'activité d'une enzyme au début ou au milieu de la chaîne. C'est un processus réversible. Lorsque la concentration du composé inhibiteur chute, il se dissocie de l'enzyme, ce qui lui permet de catalyser à nouveau les réactions.
Étude de cas - Métabolisme du glucose
L'une des chaînes réactionnelles les plus critiques dans les cellules eucaryotes est la glycolyse et le cycle de l'acide citrique. Lorsque le glucose pénètre dans une cellule, une chaîne de 20 enzymes différentes et plusieurs complexes protéiques dans les mitochondries travaillent ensemble pour transformer le glucose en ATP, un vecteur énergétique nécessaire pour conduire la vie cellulaire. Si les cellules animales ne pouvaient pas contrôler cette chaîne enzymatique, le glucose serait prélevé continuellement dans la circulation sanguine, abaissant les niveaux de sucre dans le sang à un niveau dangereux. Sans inhibition, les chaînes enzymatiques produiraient constamment des composés dont la cellule n'a pas besoin actuellement. Ce serait un énorme gâchis de ressources cellulaires.
Inhibition de la rétroaction dans le métabolisme du glucose
L'ATP, le produit final du métabolisme du glucose, est le principal inhibiteur de rétroaction pour la chaîne enzymatique. Lorsque la cellule a une abondance de molécules d'ATP libres - ce qui signifie qu'elle a beaucoup de réserves d'énergie et n'a pas besoin de produire plus - le composé se lie à plusieurs enzymes le long de la chaîne, notamment la phosphofructokinase et la pyruvate kinase. L'inhibition de l'ATP se produit aux points critiques et irréversibles du processus. Le métabolisme du glucose est donc mis en attente jusqu'à ce que la cellule soit à court d'ATP, point auquel les molécules d'énergie se détachent des enzymes, leur permettant de continuer à métaboliser le sucre en énergie.
