Wie können Rückkopplungen im Körper funktionieren?

Feedback-Schleifen sind ein herausragendes Merkmal der menschlichen Biochemie und Physiologie. Ob Sie Blutzucker, Osmoregulation oder Blutchemie betrachten, Sie finden Feedback-Loops sind von wesentlicher Bedeutung für die Aufrechterhaltung stabiler Bedingungen in Ihrem Körper. Grob gesagt gibt es in der Biologie Feedbackschleifen in zwei verschiedenen Geschmacksrichtungen: positives Feedback und negatives Feedback. Letzteres ist bei weitem das häufigere der beiden.

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Negative Rückkopplung

Eine negative Rückkopplungsschleife ist ein wenig wie ein Thermostat. Wenn die Temperatur in Ihrem Bürogebäude fällt, schaltet der Thermostat auf die Heizung. Wenn die Temperatur dagegen ansteigt, klopft es an die Klimaanlage. In jedem Fall, wenn sich die Temperatur ändert, wirkt der Thermostat dem Wechsel entgegen. Negative Feedback-Schleifen in Ihrem Körper verhalten sich ähnlich. Eine Veränderung einer Variablen wie Temperatur oder Blutzuckerkonzentration löst einen Prozess aus, der der ursprünglichen Veränderung entgegenwirkt.

Positives Feedback

Positive Feedback-Schleifen sind genau das Gegenteil. Wenn eine Änderung in dem System auftritt, wirkt eine positive Rückkopplungsschleife, um sie zu verstärken und zu verstärken. Wenn Ihr Thermostat zum Beispiel bei einer positiven Rückkopplungsschleife arbeitete, als die Temperatur anstieg, reagierte der Thermostat, indem er das Heizgerät anschaltete, die Temperatur noch mehr anheizte und den Thermostat anregte, indem er das Heizgerät noch höher drehte. Positive Rückkopplungsschleifen neigen dazu, ein System zu destabilisieren, indem es dazu führt, dass es extrem wird.

Rückkopplungshemmung

Eine häufige Art von negativer Rückkopplungsschleife ist die Rückkopplungshemmung, bei der das Produkt eines biochemischen Weges ein Enzym oder Enzyme, die höher im Stoffwechselweg liegen, hemmt und dadurch seine eigene Produktion hemmt. Dies geschieht oft durch sogenannte allosterische Hemmung, dh ein kleines Molekül bindet an ein Enzym und verändert seine Form so, dass es seine gewohnte Funktion nicht mehr erfüllen kann. Die Bindung durch einen allosterischen Inhibitor ist reversibel, so dass sich das kleine Molekül auch vom Enzym lösen kann. Die Fraktion des gesamten Enzyms, die zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch den allosterischen Inhibitor gebunden ist, hängt davon ab, wie viel Inhibitor vorhanden ist, so dass die Aktivität des Enzyms abnimmt, wenn die Mengen des allosterischen Inhibitors ansteigen.

Beispiele

Negative Rückkopplungsschleifen sind in der Physiologie reichlich vorhanden. Die Körpertemperatur ist vielleicht das offensichtlichste Beispiel. Wenn Ihre Körpertemperatur sinkt, spürt der Teil des Gehirns, der als Hypothalamus bezeichnet wird, die Veränderung und reagiert, indem er Mechanismen auslöst, die die Körpertemperatur wie ein Zittern erhöhen. Wenn die Temperatur dagegen ansteigt, kann der Hypothalamus durch Auslösen von Mechanismen wie Schwitzen reagieren, um die Temperatur zu senken.Die Geburt ist dagegen ein Beispiel für eine positive Rückkopplungsschleife. Kontraktionen induzieren die Sekretion des Hormons Oxytocin, die wiederum mehr Kontraktionen induziert, wodurch eine Rückkopplungsschleife entsteht, die anhält, bis das Baby aus dem Körper der Mutter gedrängt wird.