ผลต่างระหว่างรุ่นของ "เมแทบอลิซึม"

แต่เดิมการศึกษาเมแทบอลิซึมเป็นแบบแนวทางลดทอนซึ่งมุ่งสนใจวิถีเมแทบอลิกเดี่ยว ๆ การศึกษาที่มีประโชน์อย่างยิ่งได้แก่การใช้สารกัมมันตรังสีตามรอยกับสิ่งมีชีิวิตทั้งตัว ระดับเนื้อเยื่อและเซลล์ ซึ่งนิยามวิถีจากสารตั้งต้นจนถึงผลิตภัณฑ์สุดท้ายโดยการระบุสารตัวกลางและผลิตภะณฑ์ที่มีฉลากกัมมันตรังสี<ref>{{cite journal |author=Rennie M |title=An introduction to the use of tracers in nutrition and metabolism |journal=Proc Nutr Soc |volume=58 |issue=4 |pages=935–44 |year=1999 |pmid=10817161 |doi=10.1017/S002966519900124X}}</ref> เอ็นไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้และมีการชันสูตร[[จลนศาสตร์ของเอนไซม์|จลนสาสตร์]]และการตอบสนองต่อตัวยับยั้ง แนวทางขนานเป็นการระบุโมเลกุลขนาดเล็กในเซลล์หรือเนื่อเยื่อ ชุดสมบูรณ์ของโมเลกุลเหล่านี้เรียก เมทาโบโลม (metabolome) โดยรวม การศึกษาเหล่านี้ให้มุมมองที่ดีของโครงสร้างและการทำหน้าที่ของวิถีเมแทบอลิกอย่างง่าย แต่ไม่เพียงพอเมื่อใช้กับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างเช่นเมแทบอลิซึมของเซลล์สมบูรณ์<ref>{{cite journal |author=Phair R |title=Development of kinetic models in the nonlinear world of molecular cell biology |journal=Metabolism |volume=46 |issue=12 |pages=1489–95 |year=1997 |pmid=9439549 |doi=10.1016/S0026-0495(97)90154-2}}</ref>

ความคิดความซับซ้อนของเครือข่ายเมแทบอลิกในเซลล์ซึ่งบรรจุเอ็นไซม์หลายพันเอนไซม์สามารถดูได้จากรูปแสดงอันตรกิริยาระหว่างโปรตีน 43 ตัวและเมแทบอไลต์ 40 ตัวด้านขวามือ ลำดับของจีโนมให้รายการแสดงยีนได้มากสุด 45,000 ยีน<ref>{{cite journal |vauthors=Sterck L, Rombauts S, Vandepoele K, Rouzé P, Van de Peer Y |title=How many genes are there in plants (...&nbsp;and why are they there)? |journal=Curr Opin Plant Biol |volume=10 |issue=2 |pages=199–203 |year=2007 |pmid=17289424 |doi=10.1016/j.pbi.2007.01.004}}</ref> ทว่า การใช้ข้อมูลจีโนมเพื่อสร้างใหม่ซึ่งเครือข่ายปฏิกิริยาชีวเคมีอย่างสมบูรณ์เป็นไปได้และผลิตแบบจำลองคณิตศาสตร์แบบองค์รวมยิ่งขึ้นซึ่งอาจอธิบายและพยากรณ์พฤติกรรมของพวกมันได้<ref>{{cite journal |vauthors=Borodina I, Nielsen J |title=From genomes to in silico cells via metabolic networks |journal=Curr Opin Biotechnol |volume=16 |issue=3 |pages=350–5 |year=2005 |pmid=15961036 |doi=10.1016/j.copbio.2005.04.008|url=http://orbit.dtu.dk/en/publications/from-genomes-to-in-silico-cells-via-metabolic-networks(9191950b-4f7e-4e4d-bd4d-2950c92ac5fe).html }}</ref> แบบจำลองเหล่านี้ทรงพลังเป็นพิเศษเมื่อใช้รวมข้อมูลวิถีและเมแทบอไลต์ที่ได้มาผ่านวิธีการคลาสสิกกับข้อมูลการแสดงออกของยีนจากการศึกษาโปรตีโอมิกส์ (preteomic) และดีเอ็นไอไมโครอะเรย์ (DNA microarray)<ref>{{cite journal |vauthors=Gianchandani E, Brautigan D, Papin J |title=Systems analyses characterize integrated functions of biochemical networks |journal=Trends Biochem Sci |volume=31 |issue=5 |pages=284–91 |year=2006 |pmid=16616498 |doi=10.1016/j.tibs.2006.03.007}}</ref> ปัจจุบันมีการใช้เทคนิคเหล่านี้ผลิตแบบจำลองเมแทบอลิซึมของมนุษย์ ซึ่งจะชี้นำการค้นพบยาและการวิจัยชีวเคมีในอนาคต<ref>{{cite journal |vauthors=Duarte NC, Becker SA, Jamshidi N, etal |title=Global reconstruction of the human metabolic network based on genomic and bibliomic data |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=104 |issue=6 |pages=1777–82 |date=February 2007 |pmid=17267599 |doi=10.1073/pnas.0610772104 |url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=17267599 |pmc=1794290|bibcode = 2007PNAS..104.1777D }}</ref> ปัจจุบันแบบจำลองเหล่านี้ใช้ในการวิเคราะห์เครือข่ายเพื่อจำแนกหมวดโรคของมนุษย์เป็นกลุ่มที่มีโปรตีนหรือเมแทบอไลต์ร่วมกัน<ref>{{cite journal |vauthors=Goh KI, Cusick ME, Valle D, Childs B, Vidal M, Barabási AL |title=The human disease network |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=104 |issue=21 |pages=8685–90 |date=May 2007 |pmid=17502601 |pmc=1885563 |doi=10.1073/pnas.0701361104 |bibcode = 2007PNAS..104.8685G }}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Lee DS, Park J, Kay KA, Christakis NA, Oltvai ZN, Barabási AL |title=The implications of human metabolic network topology for disease comorbidity |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=105 |issue=29 |pages=9880–9885 |date=July 2008 |pmid=18599447 |doi=10.1073/pnas.0802208105 |url=http://www.pnas.org/lookup/pmid?view=long&pmid=18599447 |pmc=2481357|bibcode = 2008PNAS..105.9880L }}</ref>

เครือข่ายเมแทบอลิกของแบคทีเรียเป็นตัวอย่างที่สะดุดตาของการจัดระเบียบแบบ "หูกระต่าย" (bow-tie)<ref name="pmid15331224">{{cite journal |vauthors=Csete M, Doyle J | title = Bow ties, metabolism and disease | journal = Trends Biotechnol. | volume = 22 | issue = 9 | pages = 446–50 | year = 2004 | pmid = 15331224 | pmc = | doi = 10.1016/j.tibtech.2004.07.007 }}</ref><ref name="PMID12874056">{{cite journal |vauthors=Ma HW, Zeng AP | title = The connectivity structure, giant strong component and centrality of metabolic networks | journal = Bioinformatics | volume = 19 | issue = 11 | pages = 1423–30 | year = 2003 | pmid = 12874056 | doi = 10.1093/bioinformatics/btg177 | citeseerx = 10.1.1.605.8964 }}</ref><ref name="PMID16916470">{{cite journal |vauthors=Zhao J, Yu H, Luo JH, Cao ZW, Li YX | title = Hierarchical modularity of nested bow-ties in metabolic networks | journal = BMC Bioinformatics | volume = 7 | page = 386 | year = 2006 | pmid = 16916470 | pmc = 1560398 | doi = 10.1186/1471-2105-7-386 }}</ref> ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมที่สามารถรับสารอาหารเข้าได้หลากหลายและผลิตผลิตภัณฑ์และสารโมเลกุลใหญ่ซับซ้อนได้โดยใช้การหมุนเวียนร่วมตัวกลางค่อนข้างน้อย

การใช้สารสนเทศนี้ทางเทคโนโลยีที่สำคัญ คือ วิศวกรรมเมแทบอลิก ที่นี่สิ่งมีชีวิตอย่างยีสต์ พืชหรอแบคทีเรียมีการดัดแปรพันธุกรรมเพื่อทำให้พวกมันมีประโยชน์ในเทคโนโลยีชีวภาพมากขึ้นและช่วยการผลิตยาอย่างยาปฏิชีวนะและสารเคมีอุตสาหกรรมอย่าง 1,3-โพรพาเนไดออล (1,3-propanediol) และ[[กรดชิคิมิก]]<ref>{{cite การดัดแปรพันธุกรรมเหล่านี้ปกติมีเป้าหมายเพื่อลดปริมาณพลังงานที่ใช้ผลิตผลิตภัณฑ์journal เพิ่มผลผลิตและลดการผลิตของเสีย|vauthors=Thykaer J, Nielsen J |title=Metabolic engineering of beta-lactam production |journal=Metab Eng |volume=5 |issue=1 |pages=56–69 |year=2003 |pmid=12749845 |doi=10.1016/S1096-7176(03)00003-X}}