ผลต่างระหว่างรุ่นของ "เมแทบอลิซึม"

วิถีเมแทบอลิซึมกลางดังอธิบายไว้ข้างต้น เช่น ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งสามโดเมน และมีอยู่ใน[[บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนโลก]]<ref name=SmithE/><ref>{{cite journal |vauthors=Romano A, Conway T |title=Evolution of carbohydrate metabolic pathways |journal=Res Microbiol |volume=147 |issue=6–7 |pages=448–55 |year=1996 |pmid=9084754 |doi=10.1016/0923-2508(96)83998-2}}</ref> เซลล์บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดนี้เป็น[[โพรแคริโอต]] และอาจเป็น[[เมทาโนเจน]]ซึ่งมีเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และลิพิดอย่างกว้างขวาง<ref>{{cite journal |author=Koch A |title=How did bacteria come to be? |journal=Adv Microb Physiol |volume=40 |pages=353–99 |year=1998 |pmid=9889982 |doi=10.1016/S0065-2911(08)60135-6 |series=Advances in Microbial Physiology |isbn=978-0-12-027740-7}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Ouzounis C, Kyrpides N |title=The emergence of major cellular processes in evolution |journal=FEBS Lett |volume=390 |issue=2 |pages=119–23 |year=1996 |pmid=8706840 |doi=10.1016/0014-5793(96)00631-X}}</ref> การคงวิถีโบราณดังนี้ระหว่างวิวัฒนาการในเวลาต่อมาอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นทางแก้ที่เหมาะที่สุดสำหรับปัญหาเมแทบอลิกจำเพาะของสิ่งมีชีวิต โดยวิถีอย่างไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริกที่ผลิตผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีประสิทธิภาพสูงและใช้ขั้นตอนน้อยที่สุด<ref name=Ebenhoh/><ref name=Cascante/> วิถีแรก ๆ ของเมแทบอลิซึมที่ใช้เอ็นไซม์อาจเป็นส่วนหนึ่งของเมแทบอลิซึมของนิวคลีโอไทด์พิวรีน ส่วนวิถีเมแทบอลิกก่อนหน้านี้เป็นส่วนหนึ่งของโลกอาร์เอ็นเอโบราณ<ref>{{cite journal |vauthors=Caetano-Anolles G, Kim HS, Mittenthal JE |title=The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=104 |issue=22 |pages=9358–63 |year=2007 |pmid=17517598 |doi=10.1073/pnas.0701214104 |pmc=1890499|bibcode = 2007PNAS..104.9358C }}</ref>

มีการเสนอแบบจำลองหลายอย่างเพื่ออธิบายกลไกที่วิถีเมแทบอลิกใหม่ ๆ วิวัฒน์ขึ้น ซึ่งรวมการเพิ่มโดยลำดับของเอ็นไซม์ใหม่ในวิถีโบราณสั้น การทำเป็นคู่แล้วเบนออกของทั้งวิถีตลอดจนการระดมเอ็นไซม์ที่มีอยู่เดิมและการประกอบเข้าเป็นวิถีปฏิกิริยาใหม่<ref>{{cite journal |vauthors=Schmidt S, Sunyaev S, Bork P, Dandekar T |title=Metabolites: a helping hand for pathway evolution? |journal=Trends Biochem Sci |volume=28 |issue=6 |pages=336–41 |year=2003 |pmid=12826406 |doi=10.1016/S0968-0004(03)00114-2}}</ref> ความสำคัญสัมพัทธ์ของกลไกเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน แต่การศึกษาจีโนมได้แสดงว่าเอ็นไซม์ในวิถีหนึ่งน่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกัน แนะว่าวิถีหลายวิถีวิวัฒน์แบบทีละขั้นโดยมีการสร้างหน้าที่ใหม่จากขั้นตอนเดิมในวิถีนั้น<ref>{{cite journal |vauthors=Light S, Kraulis P |title=Network analysis of metabolic enzyme evolution in Escherichia coli |journal=BMC Bioinformatics |volume=5|page=15 |year=2004 |pmid=15113413 |doi=10.1186/1471-2105-5-15 |pmc=394313}} {{cite journal |vauthors=Alves R, Chaleil R, Sternberg M |title=Evolution of enzymes in metabolism: a network perspective |journal=J Mol Biol |volume=320 |issue=4 |pages=751–70 |year=2002 |pmid=12095253 |doi=10.1016/S0022-2836(02)00546-6}}</ref> อีกแบบจำลองหนึ่งมาจากการศึกษาซึ่งสืบย้อนวิวัฒนาการของโครงสร้างโปรตีนในเครือข่ายเมแทบอลิก ซึ่งเสนอว่ามีการระดมเอ็นไซม์มาใช้อย่างแพร่หลาย ยืมเอ็นไซม์เพื่อทำหน้าที่คล้ายกันในวิถีเมแทบอลิกอื่น (ดังหลักฐานในฐานข้อมูลมาเน็ต)<ref>{{cite journal |vauthors=Kim HS, Mittenthal JE, Caetano-Anolles G |title=MANET: tracing evolution of protein architecture in metabolic networks |journal=BMC Bioinformatics|volume=7 |page=351 |year=2006 |pmid=16854231|doi=10.1186/1471-2105-7-351 |pmc=1559654}}</ref> กระบวนการระดมทำให้เกิดโมเสกเอ็นไซม์วิวัฒนาการ<ref>{{cite journal |vauthors=Teichmann SA, Rison SC, Thornton JM, Riley M, Gough J, Chothia C |title=Small-molecule metabolsim: an enzyme mosaic |journal=Trends Biotechnol|volume=19 |issue=12 |pages=482–6 |year=2001 |pmid=11711174|doi=10.1016/S0167-7799(01)01813-3}}</ref> ความน่าจะเป็นที่สามคือเมแทบอลิซึมบางส่วนอาจมีอยู่เป็น "มอดูล" ที่สามารถใช้ใหม่ได้ในวิถีต่าง ๆ และดำเนินหน้าที่คล้ายกันต่อโมเลกุลอื่น<ref>{{cite journal |vauthors=Spirin V, Gelfand M, Mironov A, Mirny L |title=A metabolic network in the evolutionary context: Multiscale structure and modularity |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=103 |issue=23 |pages=8774–9 |date=June 2006 |pmid=16731630 |pmc=1482654 |doi=10.1073/pnas.0510258103 |url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=16731630|bibcode = 2006PNAS..103.8774S }}</ref>

เช่นเดียวกับวิวัฒนาการของวิถีเมแทบอลิกใหม่ วิวัฒนาการยังก่อให้เกิดการเสียหน้าที่เมแทบอลิก ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการเมแทบอลิกปรสิตบางชนิดที่ไม่จำเป็นต่อการดำรงชีพเสียไปและกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และคาร์โบไฮเดรตที่สร้างไว้แล้วอาจถูกขับออกจากโฮสต์แทน<ref>{{cite journal |author=Lawrence J |title=Common themes in the genome strategies of pathogens |journal=Curr Opin Genet Dev |volume=15 |issue=6 |pages=584–8 |year=2005 |pmid=16188434 |doi=10.1016/j.gde.2005.09.007}} {{cite journal |author=Wernegreen J |title=For better or worse: genomic consequences of intracellular mutualism and parasitism |journal=Curr Opin Genet Dev |volume=15 |issue=6 |pages=572–83 |year=2005 |pmid=16230003 |doi=10.1016/j.gde.2005.09.013}}</ref> ขีดความสามารถเมทแบอลิกที่ลดลงคล้ายกันพบในสิ่งมีชีวิตสมชีพภายใน (endosymbiotic)<ref>{{cite journal |vauthors=Pál C, Papp B, Lercher M, Csermely P, Oliver S, Hurst L |title=Chance and necessity in the evolution of minimal metabolic networks |journal=Nature |volume=440 |issue=7084 |pages=667–70 |year=2006 |pmid=16572170 |doi=10.1038/nature04568|bibcode = 2006Natur.440..667P }}</ref>