เมแทบอลิซึม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไบยังการนำทาง ไปยังการค้นหา

กระบวนการสร้างและสลาย หรือ เมแทบอลิซึม[1] (อังกฤษ: metabolism) มาจากภาษากรีก μεταβολή ("metabolē") มีความหมายว่า "เปลี่ยนแปลง" เป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์สิ่งมีชีวิตเพื่อค้ำจุนชีวิต วัตถุประสงค์หลักสามประการของเมแทบอลิซึม ได้แก่ การเปลี่ยนอาหารและเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานในการดำเนินกระบวนการของเซลล์ การเปลี่ยนอาหารและเชื้อเพลิงเป็นหน่วยย่อยของโปรตีน ลิพิด กรดนิวคลิอิกและคาร์โบไฮเดรตบางชนิด และการขจัดของเสียไนโตรเจน ปฏิกิริยาเหล่านี้มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้สิ่งมีชีวิตเติบโตและเจริญพันธุ์ คงไว้ซึ่งโครงสร้างและตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม "เมแทบอลิซึม" ยังสามารถหมายถึง ผลรวมของปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกิดในสิ่งมีชีวิต รวมทั้งการย่อยและการขนส่งสสารเข้าสู่เซลล์และระหว่างเซลล์ กลุ่มปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า เมแทบอลิซึมสารอินเทอร์มีเดียต (intermediary หรือ intermediate metabolism)

โดยปกติ เมแทบอลิซึมแบ่งได้เป็นสองประเภท คือ แคแทบอลิซึม (catabolism) ที่เป็นการสลายสารโมเลกุลขนาดใหญ่เป็นสารโมเลกุลขนาดเล็ก การสลายสารอินทรีย์ ตัวอย่างเช่น การสลายกลูโคสให้เป็นไพรูเวต เพื่อให้ได้พลังงานในการหายใจระดับเซลล์ และแอแนบอลิซึม (anabolism) ที่หมายถึงการสร้างหรือสังเคราะห์สารโมเลกุลขนาดเล็กเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ในแมทาบอลิซึม[2] เช่นการสร้างส่วนประกอบของเซลล์ โปรตีนและกรดนิวคลีอิก ทั้งนี้ การเกิดแคแทบอลิซึมส่วนใหญ่มักมีการปลดปล่อยพลังงานออกมา ส่วนการเกิดแอแนบอลิซึมนั้นจะมีการใช้พลังงานเพื่อเกิดปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาเคมีของเมแทบอลิซึมถูกจัดอยู่ในวิถีเมแทบอลิซึม (metabolic pathway) ซึ่งสารเคมีชนิดหนึ่งๆ จะถูกเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนจนกลายเป็นสารชนิดอื่น โดยอาศัยการเข้าทำปฏิกิริยาของใช้เอนไซม์หลายชนิด ทั้งนี้ เอนไซม์ชนิดต่างๆ นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเกิดเมแทบอลิซึม เพราะเอนไซม์จะเป็นตัวกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาเคมีเหล่านั้น โดยการเข้าจับกับปฏิกิริยาที่เกิดเองได้ (spontaneous process) อยู่แล้วในร่างกาย และหลังการเกิดปฏิกิริยาจะมีปลดปล่อยพลังงานออกมา พลังงานที่เกิดขึ้นนี้จะถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาเคมีอื่นของสิ่งมีชีวิตที่ไม่อาจเกิดขึ้นได้เองหากปราศจากพลังงาน จึงอาจกล่าวได้ว่า เอนไซม์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ของร่างกายดำเนินไปอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เอนไซม์ยังทำหน้าที่ควบคุมวิถีเมแทบอลิซึมในกระบวนการการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อมของเซลล์หรือสัญญาณจากเซลล์อื่น

ระบบเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตจะเป็นตัวกำหนดว่า สารใดที่มีคุณค่าทางโภชนาการและเป็นพิษสำหรับสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตบางชนิดใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นสารอาหาร ทว่าแก๊สดังกล่าวกลับเป็นสารที่ก่อให้เกิดพิษแก่สัตว์[3] ทั้งนี้ ความเร็วของเมแทบอลิซึม หรืออัตราเมแทบอลิกนั้น ส่งผลต่อปริมาณอาหารที่สิ่งมีชีวิตต้องการ รวมไปถึงวิธีที่สิ่งมีชีวิตนั้นจะได้อาหารมาด้วย

คุณลักษณะที่โดดเด่นของเมแทบอลิซึม คือ ความคล้ายคลึงกันของวิถีเมแทบอลิซึมและส่วนประกอบพื้นฐาน แม้จะในสปีชีส์ที่ต่างกันมากก็ตาม[4] ตัวอย่างเช่น กลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกที่ทราบกันดีว่าเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครปส์นั้นพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่มีการศึกษาในปัจจุบัน ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอย่างแบคทีเรีย Escherichia coli ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขนาดใหญ่อย่างช้าง[5] ความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจของวิถีเมแทบอลิซึมเหล่านี้เป็นไปได้ว่าอาจเป็นผลเนื่องมาจากวิถีเมแทบอลิซึมที่ปรากฏขึ้นในช่วงแรกของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ และสืบมาจนถึงปัจจุบันเพราะประสิทธิผลของกระบวนการนี้[6][7]

เนื้อหา

สารชีวเคมีหลัก[แก้]

ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่: ชีวโมเลกุล, เซลล์ (ชีววิทยา) และ ชีวเคมี

โครงสร้างส่วนใหญ่ที่ประกอบขึ้นเป็นสัตว์ พืชและจุลชีพมาจากโมเลกุลพื้นฐานสามกลุ่มหลัก ได้แก่ กรดอะมิโน คาร์โบไฮเดรตและลิพิด (หรือมักเรียกไขมัน) เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้สำคัญต่อชีวิต ปฏิกิริยาเมแทบอลิกสนใจการสร้างโมเลกุลเหล่านี้ระหว่างการสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อ หรือสลายและใช้เป็นแหล่งพลังงานโดยการย่อยสลาย สารชีวเคมีเหล่านี้สามารถรวมกันสร้างเป็นพอลิเมอร์อย่างเช่นดีเอ็นเอและโปรตีน ซึ่งเป็นโมเลกุลใหญ่จำเป็นต่อชีวิต

ประเภทของโมเลกุล ชื่อของรูปมอนอเมอร์ ชื่อของรูปพอลิเมอร์ ตัวอย่างรูปพอลิเมอร์
กรดอะมิโน กรดอะมิโน โปรตีน (ประกอบขึ้นจากพอลิเพพไทด์) โปรตีนเส้นใยและโปรตีนรูปทรงกลม
คาร์โบไฮเดรต มอโนแซ็กคาไรด์[8] พอลิแซกคาไรด์ แป้ง, ไกลโคเจน และเซลลูโลส
กรดนิวคลิอิก นิวคลีโอไทด์ พอลินิวคลีโอไทด์ ดีเอ็นเอ และอาร์เอ็นเอ


Metro-style map of major metabolic pathways



MEP
MVA
The image above contains clickable links
วิถีเมแทบอลิกหลัก คลิกข้อความใด ๆ (ชื่อของวิถีหรือเมแทบอไลต์) เพื่อโยงไปยังบทความที่สัมพันธ์
เส้นเดี่ยว: วิถีที่พบทั่วไปในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ เส้นคู่: วิถีที่ไม่พบในมนุษย์ (เช่น พบในพืช เห็ดราหรือโปรแคริโอต) Metabolic metro orange.svg จุดต่อสีส้ม: เมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต Metabolic metro purple.svg จุดต่อสีม่วง: การสังเคราะห์ด้วยแสง Metabolic metro red.svg จุดต่อสีแดง: การหายใจระดับเซลล์ Metabolic metro pink.svg จุดต่อสีชมพู: การส่งสัญญาณของเซลล์ Metabolic metro blue.svg จุดต่อสีน้ำเงิน: เมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน Metabolic metro grey.svg จุดต่อสีเทา: เมแทบอลิซึมของวิตามินและโคแฟกเตอร์ Metabolic metro brown.svg จุดต่อสีน้ำตาล: เมแทบอลิซึมของนิวคลีโอไทด์และโปรตีน Metabolic metro green.svg จุดต่อสีเขียว: เมแทบอลิซึมของลิพิด


กรดอะมิโนและโปรตีน[แก้]

โปรตีนประกอบขึ้นจากกรดอะมิโนเรียงตัวกันเป็นโซ่เส้นตรงเชื่อมด้วยพันธะเพปไทด์[9] โปรตีนหลายตัวเป็นเอ็นไซม์ซึ่งเร่งปฏิกิริยาเคมีในเมแทบอลิซึม โปรตีนตัวอื่นมีหน้าที่เชิงโครงสร้างหรือกลไก เช่น โปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นไซโทสเกลิทัน ระบบโครงค้ำจุนรูปทรงของเซลล์[10] โปรตีนยังมีความสำคัญในการส่งสัญญาณของเซลล์ ระบบภูมิคุ้มกัน การยึดติดของเซลล์ การลำเลียงแบบใช้พลังงานข้ามเยื่อ และวัฏจักรเซลล์[11] กรดอะมิโนยังมีผลต่อเมแทบอลิซึมพลังงานของเซลล์โดยการให้แหล่งคาร์บอนสำหรับเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริก (วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก หรือ วัฏจักรเครบส์)[12] โดยเฉพาะเมื่อแหล่งพลังงานหลักอย่างกลูโคสหาได้ยาก หรือเมื่อเซลล์มีความเครียดเมแทบอลิก[13]

ลิพิด[แก้]

ลิพิดเป็นกลุ่มชีวเคมีที่หลากหลายที่สุด ประโยชน์เชิงโครงสร้างหลักของลิพิดคือเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อชีวภาพทั้งภายในและภายนอก เช่น เยื่อหุ้มเซลล์ หรือเป็นแหล่งพลังงาน[11] โดยทั่วไปนิยามลิพิดว่าเป็นโมเลกุลชีวภาพไม่ชอบน้ำหรือมีทั้งส่วนชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ แต่จะละลายในตัวทำละลายอินทรีย์อย่างเบนซีนหรือคลอโรฟอร์ม[14] ไขมันเป็นสารประกอบกลุ่มใหญ่ที่ประกอบด้วยกรดไขมันและกลีเซอรอล โมเลกุลกลีเซอรอลที่เชื่อมติดกับกรดไขมันเอสเทอร์สามตัวเรียก ไตรกลีเซอไรด์[15] มีโครงสร้างพื้นฐานนี้หลายชนิด รวมทั้งแกนกลางตัวอื่นอย่างสฟิงโกซีน (sphingosine) ในสฟิงโกลิพิด และกลุ่มชอบน้ำอย่างฟอสเฟตในฟอสโฟลิพิด สเตอรอยด์อย่างเช่นคอเลสเตอรอลก็เป็นลิพิดประเภทหลักประเภทหนึ่ง[16]

คาร์โบไฮเดรต[แก้]

คาร์โบไฮเดรตเป็นอัลดีไฮด์หรือคีโตน โดยมีหมู่ไฮดร็อกซิลหลายหมู่ติดอยู่ สามารถมีได้ทั้งในรูปโซ่ตรงหรือวงแหวน คาร์โบไฮเดรตเป็นโมเลกุลชีวภาพที่มีมากที่สุด และมีหลายบทบาทตั้งแต่เก็บและขนส่งพลังงาน (แป้ง, ไกลโคเจน) และองค์ประกอบโครงสร้าง (เซลลูโลสในพืช ไคตินในสัตว์)[11] หน่วยคาร์โบไฮเดรตพื้นฐานเรียกมอนอแซกคาได์และมีกาแลคโตส ฟรุกโตสและที่สำคัญที่สุดกลูโคส มอนอแซกคาไรด์สามารถเชื่อมเข้าด้วยกันเป็นพอลิแซกคาไรด์ด้วยวิธีต่าง ๆ ได้แทบไม่สิ้นสุด[17]

นิวคลีโอไทด์[แก้]

กรดนิวคลิอิกสองชนิด ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอเป็นพอลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ แต่ละนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยฟอสเฟตติดกับหมู่น้ำตาลไรโบสหรือดีอ็อกซีไรโบสซึ่งติดกับไนโตรจีนัสเบส กรดนิวคลีอิกสำคัญต่อการเก็บและใช้สารสนเทศพันธุกรรม และการตีความผ่านกระบวนการถอดรหัสและชีวสังเคราะห์โปรตีน[11] สารสนเทศนี้มีกลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอป้องกันและแพร่ขยายผ่านการถ่ายแบบดีเอ็นเอ ไวรัสหลายชนิดมีจีโนมอาร์เอ็นเอ เช่น เอชไอวี ซึ่งใช้การถ่ายแบบย้อนกลับเพื่อสร้างแม่แบบดีเอ็นเอจากจีโนมอาร์เอ็นเอ[18] อาร์เอ็นเอในไรโบไซม์อย่างสไปลซีโอโซมและไรโบโซมคล้ายกับเอ็นไซม์ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้ นิวคลีโอไซด์เดี่ยว ๆ สร้างขึ้นจากการติดนิวคลีโอเบสกับน้ำตาลไรโบส ฐานาเหล่านี้เป็นวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกประกอบด้วยไนโตรเจน จำแนกเป็นพิวรีนหรือไพริมีดีน นิวคลีโอไทด์ยังทำหน้าที่เป็นโคเอ็นไซม์ในปฏิกิริยาย้ายหมู่เมแทบอลิก[19]

โคเอ็นไซม์[แก้]

เมแทบอลิซึมเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีหลากหลาย แต่ส่วนใหญ่จัดอยู่ในปฏิกิริยาชนิดพื้นฐานไม่กี่ชนิดที่เกี่ยวข้องกับการย้ายหมู่ฟังก์ชันอะตอมและพันธะในโมเลกุล[20] ปฏิกิริยาเคมีทั่วไปนี้ทำให้เซลล์ใช้สารตัวกลางเมแทบอลิกชุดเล็ก ๆ พาหมู่เคมีระหว่างปฏิกิริยาต่าง ๆ[19] สารตัวกลางย้ายหมู่เหล่านี้เรียก โคเอ็นไซม์ ปฏิกิริยาย้ายกลุ่มแต่ละกลุ่มดำเนินโดยโคเอ็นไซม์เฉพาะ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับชุดเอ็นไซม์ที่ผลิตโคเอ็นไซม์นั้น และชุดของเอ็นไซม์ที่ใช้โคเอ็นไซม์ดังกล่าว ฉะนั้นโคเอ็นไซม์เหล่านี้จึงมีการผลิต ใช้และนำกลับมาใช้ใหม่อย่างต่อเนื่อง[21]

โคเอ็นไซม์กลางหนึ่งคือ อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสากลของเซลล์ นิวคลีโอไทด์นี้ใช้โอนพลังงานเคมีระหว่างปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ มี ATP ปริมาณน้อยในเซลล์ แต่เนื่องจากสามารถฟื้นฟูได้เรื่อย ๆ ร่างกายมนุษย์จึงสามารถใช้ ATP ได้เท่ากับน้ำหนักตัวต่อวัน[21] ATP เป็นเสมือนสะพานระหว่างแคแทบอลิซึมและแอแนบอลิซึม แคแทบอลิซึมเป็นการสลายโมเลกุล และแอแนบอลิซึมสร้างโมเลกุล ปฏิกิริยาแคแทบอลิกสร้าง ATP และปฏิกิริยาแอนาบอลิกใช้สารดังกล่าว นอกจากนี้ยังเป็นตัวพาหมู่ฟอสเฟตในปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชัน

วิตามินเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นปริมาณน้อยที่ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ในเซลล์ ในโภชนาการมนุษย์วิตามินส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นโคเอ็นไซม์หลังเปลี่ยนรูปแล้ว ตัวอย่างเช่น วิตามินละลายในน้ำได้ทุกชนิดมีการเติมหมู่ฟอสเฟตหรือจับกับนิวคลีโอไทด์เมื่อใช้ในเซลล์[22] นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (NAD+) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของวิตามินบี3 (ไนอะซิน) เป็นโคเอ็นไซม์สำคัญซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจน มีดีไฮโดรจีเนสหลายร้อยชนิดซึ่งนำอิเล็กตรอนออกจากสารตั้งต้นและรีดิวซ์ NAD+ เป็น NADH รูปรีดิวซ์นี้เป็นสารตั้งต้นของรีดักเตสในเซลล์ที่จำเป็นต่อการรีดิวซ์สารตั้งต้น[23] นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ในสองรูปที่สัมพันธ์กันในเซลล์ NADH และ NADPH; รูป NAD+/NADH มีความสำคัญกว่าในปฏิกิริยาแคแทบอลิก ส่วนรูป NADP+/NADPH ใช้ในปฏิกิริยาแอแนบอลิก

แร่ธาตุและโคแฟกเตอร์[แก้]

ธาตุอนินทรีย์มีบทบาทสำคัญในเมแทบอลิซึม บางธาตุมีมาก (เช่น โซเดียมและโพแทสเซียม) ส่วนบางธาตุทำหน้าที่ได้ที่ความเข้มข้นน้อยมาก ประมาณร้อยละ 99 ของมวลสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบขึ้นจากธาตุคาร์บอน ไนโตรเจน แคลเซียม โซเดียม คลอรีน โพแทสเซียม ไฮโดรเจน ฟอสฟอรัส ออกซิเจนและซัลเฟอร์[24] คาร์บอนและไนโตรเจนส่วนใหญ่อยู่ในสารประกอบอินทรีย์ (โปรตีน ลิพิดและคาร์โบไฮเดรต) ออกซิเจนและไฮโดรเจนส่วนใหญ่อยู่ในรูปน้ำ[24]

ธาตุอนินทรีย์ที่พบมากเป็นอิเล็กโทรไลต์ไอออน ไอออนที่สำคัญที่สุดได้แก่ โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม แม็กนีเซียม คลอรีน ฟอสเฟตและไอออนอินทรีย์ไบคาร์บอเนต การบำรุงรักษาความแตกต่างของไอออนที่แน่ชัดขามเยื่อหุ้มเซลล์รักษาความดันออสโมซิสและ pH[25] ไอออนยังมีความสำคัญต่อการทำหน้าที่ของประสาทและกล้ามเนื้อ โดยศักยะงาน (action potential) ในเนื้อเยื่อเหล่านี้ผลิตจากการแลกเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ระหว่างของเหลวนอกเซลล์และไซโทซอล ของเหลวของเซลล์[26] อิเล็กโทรไลต์เข้าและออกจากเซลล์ผ่านโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียก ช่องไอออน (ion channel) ตัวอย่างเช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อขึ้นอยู่กับการไหลของแคลเซียม โซเดียมและโพแทสเซียมผ่านช่องไอออนในเยื่อหุ้มเซลล์และทีทิวบูล[27]

ปกติโลหะทรานซิชันอยู่ในสิ่งมีชีวิตเป็นธาตุปริมาณน้อยมาก โดยสังกะสีและเหล็กเป็นธาตุที่พบมากที่สุด[28][29] โลหะเหล่านี้ใช้เป็นโคแฟกเตอร์ในโปรตีนบางตัว และมีความสำคัญต่อกัมมันตภาพของเอ็นไซม์อย่างคะแทเลสและโปรตีนพาออกซิเจนอย่างฮีโมโกลบิน[30] โคแฟกเตอร์โลหะจับกับจุดจำเพาะในโปรตีนอย่างแน่น แม้โคแฟกเตอร์เอ็นไซม์สามารถดัดแปรได้ระหว่างคะแทไลสิส โคแฟกเตอร์เหล่านี้จะกลับสู่สถานะเดิมเสมอเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาที่เกิดคะแทไลสิสแล้ว สารอาหารรองโลหะรับเข้าสู่สิ่งมีชีวิตโดยตัวพาจำเพาะและจับกับโปรตีนเก็บอย่างเฟอร์ริตินหรือเมทัลโลไธโอนีนเมื่อไม่ใช้[31][32]

แคแทบอลิซึม[แก้]

ดูบทความหลักที่: แคแทบอลิซึม

แคแทบอลิซึมเป็นกลุ่มกระบวนการเมแทบอลิกที่สลายโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งรวมไปถึงการสลายและการออกซิไดซ์ (oxidize) โมเลกุลอาหาร จุดประสงค์ของปฏิกิริยาแคแทบอลิซึมคือ ให้พลังงานและส่วนประกอบที่จำเป็นแก่ปฏิกิริยาแอแนบอลิซึม ลักษณะที่แน่ชัดของปฏิกิริยาแคแทบอลิซึมเหล่านี้แตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิต และสิ่งมีชีวิตสามารถถูกจำแนกประเภทได้ตามแหล่งพลังงานและคาร์บอน (ซึ่งเป็นหมู่อาหารหลัก) ได้ดังตารางข้างล่าง

การจำแนกประเภทสิ่งมีชีวิตตามเมแทบอลิซึม
แหล่งพลังงาน แสงอาทิตย์ โฟโต-   -โทรฟ
โมเลกุลที่ก่อขึ้นก่อน
(preformed molecule)
คีโม-
ตัวให้อิเล็กตรอน สารอินทรีย์   ออร์แกโน-  
สารอนินทรีย์ ลิโธ-
แหล่งคาร์บอน สารอินทรีย์   เฮเทอโร-
สารอนินทรีย์ ออโต-

ออร์แกโนโทรฟ (organotroph) ใช้สารอินทรีย์เป็นแหล่งพลังงาน ขณะที่ลิโทโทรฟ (lithotroph) ใช้สารอนินทรีย์ และโปรโตโทรฟ (phototroph) ใช้แสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี อย่างไรก็ดี เมแทบอลิซึมที่ต่างรูปแบบกันทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับการย้ายอิเล็กตรอนจากโมเลกุลตัวให้อิเล็กตรอน (donor molecule) ในรูปรีดิวซ์ (reduced) เช่น สารอินทรีย์ น้ำ แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือเฟอร์รัสไอออนไปให้โมเลกุลตัวรับอิเล็กตรอน (acceptor molecule) เช่น ออกซิเจน ไนเตรตหรือซัลเฟต[33] ปฏิกิริยารีด็อกซ์ในสัตว์เกี่ยวข้องกับการสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นโมเลกุลที่เล็กกว่า เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ เช่น พืชและไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) ปฏิกิริยาย้ายอิเล็กตรอนเหล่านี้มิได้ให้พลังงานออกมา แต่ถูกใช้เป็นวิถีการเก็บสะสมพลังงานที่ดูดซึมมาจากแสงอาทิตย์[11]

กลุ่มปฏิกิริยาแคแทบอลิซึมที่พบมากที่สุดในสัตว์สามารถแบ่งได้เป็นสามขั้นหลัก ขั้นแรก สารอินทรีย์ขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน พอลิแซ็กคาไรด์หรือลิพิดถูกย่อยเป็นส่วนประกอบที่เล็กกว่านอกเซลล์ ขั้นต่อมา โมเลกุลที่ถูกย่อยเหล่านี้ถูกเซลล์รับเข้าไปและแปลงเป็นโมเลกุลที่เล็กกว่า มักเป็นอะซิติลโคเอนไซม์ เอ (acetyl coenzyme A หรือ acetyl-CoA) ซึ่งให้พลังงานออกมาบ้าง ขั้นสุดท้าย หมู่เอซิลบนโคเอถูกออกซิไดซ์เป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในวัฏจักรเครปส์และลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอน (electron transport chain) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้โดยการรีดิวซ์ (reduce) โคเอนไซม์ นิโคทินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (NAD+) เป็น NADH

การย่อย[แก้]

ดูบทความหลักที่: การย่อยอาหาร

เซลล์ไม่สามารถรับมหโมเลกุล อาทิ แป้ง เซลลูโลสหรือโปรตีนไปใช้ได้อย่างรวดเร็ว จำต้องสลายเป็นหน่วยที่เล็กกว่าเสียก่อนจึงจะนำไปใช้ในเมแทบอลิซึมของเซลล์ได้ เอนไซม์หลายคลาสทำหน้าที่ย่อยพอลิเมอร์เหล่านี้ เช่น protease ย่อยโปรตีนเป็นกรดอะมิโน, glycoside hydrolase ย่อยพอลิแซ็กคาไรด์เป็นมอโนแซ็กคาไรด์

จุลินทรีย์หลั่งเอนไซม์ย่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม[34][35] แต่สัตว์หลั่งเอนไซม์จากเซลล์ที่ทำหน้าที่พิเศษเฉพาะในทางเดินอาหารเท่านั้น[36] จากนั้นกรดอะมิโนหรือน้ำตาลที่ถูกปล่อยออกจากเอนไซม์นอกเซลล์เหล่านี้จะถูกโปรตีนที่เจาะจงปั๊มเข้าสู่เซลล์ด้วยวิธีการลำเลียงแบบใช้พลังงาน (active transport)[37][38]

แผนภาพแคแทบอลิซึมของโปรตีน คาร์โบไฮเดรตและไขมันพอสังเขป

พลังงานจากสารอินทรีย์[แก้]

แคแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรตเป็นการสลายคาร์โบไฮเดรตเป็นหน่วยที่เล็กกว่า โดยปกติ คาร์โบไฮเดรตจะถูกนำเข้าสู่เซลล์เมื่อถูกย่อยเป็นมอโนแซ็คคาไรด์แล้ว[39] เมื่อเข้ามาในเซลล์ วิถีหลักในการสลายคือ ไกลโคไลสิส (glycolysis) ซึ่งน้ำตาลอย่างกลูโคสและฟรุกโทสถูกเปลี่ยนเป็นไพรูเวตและได้ ATP ออกมาจำนวนหนึ่ง[40] ไพรูเวตเป็นสารตัวกลางในวิถีเมแทบอลิซึมจำนวนมาก แต่ส่วนมากจะถูกแปลงเป็นอะซีติลโค เอ และป้อนเข้าสู่วัฏจักรเครปส์ แม้ว่า จะมีการสร้าง ATP ออกมาในวัฏจักรเครปส์ แต่ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดคือ NADH ซึ่งสร้างมาจาก NAD+ เมื่ออะซีติลโค เอ ถูกออกซิไดซ์ ปฏิกิริยานี้ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ของเสีย ในสภาวะขาดออกซิเจน ไกลโคไลสิสจะสร้างแลกเตต ผ่านเอนไซม์ lactate dehydrogenase ซึ่งออกซิไดซ์ NADH ให้กลับไปเป็น NAD+ เพื่อนำไปใช้ใหม่ในไกลโคไลสิส การสลายกลูโคสอีกวิถีหนึ่ง คือ วิถีเพนโตสฟอสเฟต (pentose phosphate pathway) ซึ่งรีดิวซ์โคเอนไซม์ NADPH และสร้างน้ำตาลเพนโตส เช่น ไรโบส ซึ่งเป็นน้ำตาลองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก

ปฏิกิริยาการสลายด้วยน้ำ (hydrolysis) สลายไขมันเป็นกรดไขมันอิสระและกลีเซอรอล กลีเซอรอลเข้าสู่กระบวนการไกลโคไลสิสและกรดไขมันถูกสลายด้วยกระบวนการเบตาออกซิเดชัน (beta oxidation) เพื่อให้ได้อะซีติลโค เอ ซึ่งจะถูกป้อนเข้าสู่วัฏจักรเครปส์ กรดไขมันปลดปล่อยพลังงานเมื่อสลายออกมามากกว่าคาร์โบไฮเดรต เพราะคาร์โบไฮเดรตมีออกซิเจนในโครงสร้างมากกว่า

กรดอะมิโนสามารถถูกใช้ได้ทั้งเพื่อสังเคราะห์โปรตีนและโมเลกุลชีวภาพอื่น ๆ หรือถูกออกซิไดซ์ให้เป็นยูเรียและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งพลังงาน[41] วิถีออกซิเดชันเริ่มต้นด้วยการนำหมู่อะมิโนออกด้วยเอนไซม์ transaminase หมู่อะมิโนจะถูกป้อนเข้าสู่วัฏจักรยูเรีย (urea cycle) เหลือแกนคาร์บอนที่ปราศจากหมู่อะมิโนในรูปของกรดคีโต ซึ่งกรดคีโตเหล่านี้จำนวนมากเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครปส์ ตัวอย่างเช่น การย้ายหมู่อะมิโนจากกลูตาเมตเกิดเป็นแอลฟา-คีโตกลูตาเรต (α-ketoglutarate)[42] กรดอะมิโนกลูโคจีนิก (glucogenic amino acid) สามารถถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสได้ ผ่านกระบวนการการสร้างกลูโคส (gluconeogenesis)[43]

การเปลี่ยนรูปพลังงาน[แก้]

ออกซิเดทีฟฟอสฟอริเลชัน[แก้]

ในออกซิเดทีฟฟอสฟอริเลชัน (oxidative phosphorylation) อิเล็กตรอนที่ถูกดึงออกจากสารอินทรีย์ในบางบริเวณ เช่น protagon acid cycle ถูกแปลงเป็นออกซิเจนและพลังงานที่ได้ออกมานำไปใช้สร้าง ATP ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดในยูคาริโอตโดยกลุ่มโปรตีนในเยื่อหุ้มของไมโทคอนเดรีย เรียกว่า ลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอน ในโปรคาริโอต โปรตีนเหล่านี้พบในเยื่อหุ้มชั้นในของเซลล์[44] โปรตีนเหล่านี้ใช้พลังงานที่ปล่อยมาจากการส่งอิเล็กตรอนจากโมเลกุลในรูปรีดิวซ์อย่าง NADH ไปให้ออกซิเจนเพื่อปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้ม[45]

การปั๊มโปรตอนออกจากไมโทคอนเดรียทำให้ความเข้มข้นโปรตอนระหว่างเยื่อหุ้มต่างกันและเกิดความแตกต่างทางศักย์ไฟฟ้าเคมี (electrochemical gradient)[46] แรงนี้ขับโปรตอนกลับเข้าไปในไมโทคอนเดรียผ่านฐานของเอนไซม์ ATP synthase การไหลของโปรตอนทำให้หน่วยย่อยที่มีลักษณะเป็นก้านหมุน ทำให้บริเวณเร่งของมันเปลี่ยนรูปร่าง และเติมหมู่ฟอสเฟต (phosphorylase) ให้อะดีโนซีนไดฟอสเฟต ได้เป็น ATP[21]

พลังงานจากสารอนินทรีย์[แก้]

คีโมลิโธโทรฟ (chemolithotrophy) เป็นเมแทบอลิซึมประเภทที่พบในโปรคารีโอตที่พลังงานได้มาจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถใช้ไฮโดรเจน[47] สารประกอบซัลเฟอร์ในรูปรีดิวซ์ (เช่น ซัลไฟด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์และไทโอซัลเฟต)[3] เฟอร์รัสไอออน[48] หรือแอมโมเนีย[49] เป็นแหล่งกำลังรีดิวซ์ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้พลังงานจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารประกอบเหล่านี้โดยตัวรับอิเล็กตรอน เช่น ออกซิเจนหรือไนเตรต[50] กระบวนการของจุลินทรีย์เหล่านี้มีความสำคัญในวัฏจักรชีวธรณีเคมี (biogeochemical) ของโลก เช่น การสร้างกรด (acetogenesis) ไนตริฟิเคชัน (nitrification) และกระบวนการเปลี่ยนไนเตรตเป็นไนโตรเจน (denitrification) ทั้งยังสำคัญต่อความอุดมสมบูรณ์ของดิน[51][52]

พลังงานจากแสง[แก้]

พลังงานในแสงอาทิตย์ถูกพืช ไซยาโนแบคทีเรีย แบคทีเรียสีม่วง แบคทีเรียซัลเฟอร์สีเขียวและโพรทิสต์บางชนิดจับไว้ กระบวนการนี้มักนับรวมกับการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารอินทรีย์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการสังเคราะห์ด้วยแสง อย่างไรก็ดี พลังงานที่ถูกจับและระบบการตรึงคาร์บอนสามารถแยกกันทำงานได้ในโปรคารีโอต เช่น แบคทีเรียสีม่วงและแบคทีเรียซัลเฟอร์สีเขียวสามารถใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน ขณะที่เปลี่ยนระหว่างการตรึงคาร์บอนกับการหมักสารอินทรีย์[53][54]

ในสิ่งมีชีวิตหลายชนิด การจับพลังงานจากดวงอาทิตย์มีหลักการคล้ายคลึงกับออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน เพราะเกี่ยวข้องกับพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในรูปความแตกต่างของความเข้มข้นโปรตอน จากนั้น แรงขับโปรตอนนี้จะกระตุ้นการสังเคราะห์ ATP[21] อิเล็กตรอนที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้นลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอนมาจากโปรตีนรวบรวมแสง ชื่อว่า ศูนย์กลางปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือโรดอปซิน (rhodopsin) ศูนย์กลางปฏิกิริยาแบ่งออกได้เป็นสองประเภทขึ้นอยู่กับชนิดของสารสีการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ปรากฏ ซึ่งแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ส่วนมากมีชนิดเดียว แต่พืชและไซยาโนแบคทีเรียมีสองชนิด[55]

ในพืช สาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรีย ระบบแสง 2 ใช้พลังงานแสงเพื่อดึงอิเล็กตรอนออกจากน้ำ และได้ออกซิเจนออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ของเสีย จากนั้น อิเล็กตรอนจะไหลไปยังไซโทโครม บี6เอฟ คอมเพล็กซ์ (cytochrome b6f complex) ซึ่งใช้พลังงานปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ในคลอโรพลาสต์[11] โปรตอนเหล่านี้เคลื่อนกลับผ่านเยื่อหุ้มขณะที่ขับเคลื่อนเอทีพีซินเทส จากนั้น อิเล็กตรอนจะไหลผ่านระบบแสง 1 และสามารถถูกใช้เพื่อรีดิวซ์โคเอนไซม์ NADP+ เพื่อใช้ในวัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) หรือรีไซเคิลเพื่อนำกลับไปผลิต ATP เพิ่ม[56]

แอแนบอลิซึม[แก้]

ดูบทความหลักที่: แอแนบอลิซึม

แอแนบอลิซึมเป็นกลุ่มกระบวนการเมแทบอลิซึมที่เกี่ยวกับการสร้าง โดยพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแคแทบอลิซึมถูกใช้เพื่อสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อน โดยทั่วไป โมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างของเซลล์นั้นถูกสร้างทีละขั้นจากสารตั้งต้นขนาดเล็กและสามัญ แอแนบอลิซึมเกี่ยวข้องกับสามขั้นพื้นฐาน ขั้นแรก การผลิตสารตั้งต้น เช่น กรดอะมิโน มอโนแซ็คคาไรด์ ไอโซพรีนอยด์และนิวคลีโอไทด์ อย่างที่สอง การกระตุ้นสารตั้งต้นให้อยู่ในรูปที่เกิดปฏิกิริยาได้โดยใช้พลังงานจาก ATP และขั้นที่สาม การรวมสารตั้งต้นเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่ซับซ้อน เช่น โปรตีน พอลิแซ็กคาไรด์ ลิพิดและกรดนิวคลีอิก

สิ่งมีชีวิตมีจำนวนโมเลกุลที่สร้างได้ในเซลล์ด้วยตนเองต่างกัน ออโตโทรฟ เช่น พืช สามารถสร้างสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนได้ในเซลล์ อาทิ พอลิแซ็กคาไรด์และโปรตีนจากโมเลกุลสามัญอย่างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ แต่เฮเทอโรโทรฟต้องอาศัยแหล่งสสารที่ซับซ้อนกว่า เช่น มอโนแซ็คคาไรด์และกรดอะมิโนเพื่อผลิตโมเลกุลที่ซับซ้อนเหล่านี้ สิ่งมีชีวิตสามารถจำแนกได้อีกจากแหล่งพลังงานสุดท้าย โฟโตออโตโทรฟและโฟโตเฮเทอโรโทรฟดึงพลังงานจากแสง ขณะที่คีโมออโตโทรฟและคีโมเฮเทอโรโทรฟดึงพลังงานจากปฏิกิริยาออกซิเดชันอนินทรีย์

การตรึงคาร์บอน[แก้]

ดูบทความหลักที่: ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอน

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากแสงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์ ในพืช ไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่าย การสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีออกซิเจนเกิดขึ้น (oxygenic photosynthesis) ได้น้ำ และได้ออกซิเจนออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ของเสีย กระบวนการนี้ใช้ ATP และ NADPH ที่ผลิตจากศูนย์กลางปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังที่อธิบายข้างต้น เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกลีเซอเรต 3-ฟอสเฟต ซึ่งจากนั้น สามารถถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนนี้ดำเนินโดยเอนไซม์รูบิสโก (RuBisCO) อันเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรคัลวิน-เบนสัน[57] การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชมีสามประเภท ได้แก่ การตรึงคาร์บอนซี 3, ซี 4 และการสังเคราะห์ด้วยแสงซีเอเอ็ม เหล่านี้แตกต่างกันตรงเส้นทางที่คาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่วัฏจักรคัลวิน โดยพืชซี 3 ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรง ขณะที่ซี 4 และการสังเคราะห์ด้วยแสงซีเอเอ็มรวมคาร์บอนไดออกไซด์เข้ากับสารอื่นก่อน อันเป็นการปรับตัวเพื่อเข้ากับแสงอาทิตย์ที่เข้มข้นและสภาวะแห้ง[58]

ในโปรคารีโอตที่สังเคราะห์ด้วแสงได้ กลไกการตรึงคาร์บอนนี้มีความหลากหลายมากกว่า คาร์บอนไดออกไซด์สามารถถูกตรึงโดยวัฏจักรคัลวิน-เบนสัน, วัฏจักรเครปส์ย้อนกลับ (reversed Krebs cycle)[59] หรือการเติมหมู่คาร์บอกซิล (carboxylation) ของอะซีติลโค เอ[60][61] คีโมออโตโทรฟโปรคารีโอตยังตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านวัฏจักรคัลวิน-เบนสัน แต่ใช้พลังงานจากสารอนินทรีย์ในการขับเคลื่อนปฏิกิริยา[62]

คาร์โบไฮเดรตและไกลแคน[แก้]

ในแอแนบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต กรดอินทรีย์สามัญสามารถถูกแปลงเป็นมอโนแซ็คคาไรด์ เช่น กลูโคส และจากนั้นถูกใช้เพื่อประกอบพอลิแซ็กคาไรด์ เช่น แป้ง การสร้างกลูโคสจากสารประกอบอย่างไพรูเวต แลคเตต กลีเซอรอล กลีเซอเรต 3-ฟอสเฟตและกรดอะมิโน เรียกว่า การสร้างกลูโคส (gluconeogenesis) กระบวนการการสร้างกลูโคสเปลี่ยนไพรูเวตเป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟตผ่านตัวกลางหลายตัว ซึ่งตัวกลางจำนวนมากเป็นตัวเดียวกับในไกลโคไลสิส[40] อย่างไรก็ดี วิถีนี้มิใช่ปฏิกิริยาย้อนกลับของไกลโคไลสิส เพราะปฏิกิริยาหลายขั้นถูกเร่งด้วยเอนไซม์ที่มิได้มีอยู่ในไกลโคไลสิส ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพราะจะทำให้การสร้างและการสลายกลูโคสถูกควบคุมแยกจากกัน และกันมิให้วิถีทั้งสองดำเนินไปพร้อมกันเป็นวัฏจักรที่สูญเปล่า (futile cycle)[63][64]

แม้ว่าไขมันจะเป็นวิธีการเก็บพลังงานที่สามัญ แต่ในสัตว์มีกระดูกสันหลังอย่างมนุษย์ กรดไขมันที่ถูกเก็บสะสมไว้ไม่สามารถถูกเปลี่ยนให้เป็นกลูโคสได้ผ่านการสร้างกลูโคส เพราะสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่สามารถเปลี่ยนอะซีติลโค เอ ให้เป็นไพรูเวตได้ พืชมีระบบเอนไซม์จำเป็น (necessary enzymatic machinery) ขณะที่สัตว์ไม่มี[65] ผลคือ หลังการอดอาหารเป็นเวลานาน สัตว์มีกระดูกสันหลังจำต้องสร้างคีโตนบอดีส์ (ketone bodies) จากกรดไขมันเพื่อทดแทนกลูโคสในเนื้อเยื่อ เช่น สมอง ซึ่งไม่สามารถสันดาป (metabolize) กรดไขมันได้[66] สิ่งมีชีวิตอื่นอย่างพืชและแบคทีเรียแก้ปัญหาเมแทบอลิซึมข้อนี้โดยวัฏจักรกลีออกซีเลต (glyoxylate cycle) ซึ่งข้ามขั้นตอนการกำจัดหมู่คาร์บอกซิล (decarboxylation) ในวัฏจักรเครปส์ ซึ่งให้อะซีติลโค เอแปลงเป็นออกซาโลอะซีเตต ซึ่งสามารถนำไปผลิตกลูโคสได้[65][67]

พอลิแซ็กคาไรด์และไกลแคนสร้างขึ้นจากการเพิ่มมอโนแซ็คคาไรด์ต่อเนื่องกันโดยเอนไซม์ glycosyltransferase จากตัวให้น้ำตาลฟอสเฟตที่เกิดปฏิกิริยาได้ เช่น ยูรีดีนไดฟอสเฟตกลูโคส (UDP-glucose) ให้กับหมู่ไฮดรอกซิลตัวรับบนพอลิแซ็กคาไรด์ที่กำลังเพิ่มขนาดขึ้นนั้น ด้วยหมู่ไฮดรอกซิลใด ๆ บนวงแหวนของสารตั้งต้นสามารถเป็นตัวรับได้ พอลิแซ็กคาไรด์ที่ถูกผลิตขึ้นนั้นจึงอาจมีโครงสร้างสายตรงหรือแตกกิ่งก็ได้[68] พอลิแซ็กคาไรด์ที่ถูกผลิตขึ้นนั้นอาจมีหน้าที่โครงสร้างหรือเมแทบอลิซึมของมันเอง[69] หรือไปรวมกับลิพิดและโปรตีนโดยเอนไซม์ oligosaccharyltransferase[70][71]

กรดไขมัน ไอโซพรีนอยด์ และสเตอรอยด์[แก้]

กรดไขมันสร้างขึ้นจากเอนไซม์ fatty acid synthase ซึ่งเกิดเป็นพอลิเมอร์ (polymerize) และจากนั้นรีดิวซ์หน่วยอะซีติลโค เอ โซ่เอซิลในกรดไขมันถูกขยายโดยวัฏจักรปฏิกิริยาที่เติมหมู่เอซิล, รีดิวซ์เป็นแอลกอฮอล์, ขจัดน้ำออก (dehydrate) ไปเป็นหมู่แอลคีน และจากนั้นรีดิวซ์อีกครั้งหนึ่งเป็นหมู่แอลเคน เอนไซม์ของชีวสังเคราะห์กรดไขมันแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม ในสัตว์และฟังไจ ปฏกิริยาการสังเคราะห์กรดไขมันทั้งหมดเหล่านี้ดำเนินโดยโปรตีนไทป์ 1 หลายหน้าที่ตัวเดียว ขณะที่ในพลาสติดพืชและแบคทีเรียแยกเอนไซม์ไทป์ 2 ไว้ดำเนินการแต่ละขั้นในวิถี

เทอร์พีนและไอโซพรีนอยด์เป็นลิพิดกลุ่มใหญ่ที่รวมไปถึงแคโรทีนอยด์ และเป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากพืชกลุ่มใหญ่ที่สุด[72] สารประกอบเหล่านี้สร้างโดยการรวมและการเปลี่ยนหน่วยไอโซพรีนที่ได้จากสารตั้งต้นที่เกิดปฏิกิริยาได้ ไอโซเพนทีนิลไพโรฟอสเฟต (isopentenyl pyrophosphate) และไดเมทิลอัลลิลไพโรฟอสเฟต (dimethylallyl pyrophosphate)[73] สารตั้งต้นเหล่านี้สามารถใช้ได้ในวิถีต่าง ๆ ในสัตว์และอาร์เคีย วิถีเมวาโลเนต (mevalonate pathway) ผลิตสารประกอบจากอะซีติลโค เอ[74] ขณะที่ในพืชและแบคทีเรีย วิถีนอนเมวาโลเนต (non-mevalonate pathway) ใช้ไพรูเวตและกลีเซอรอลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟตเป็นสารตั้งต้น[73][75] ปฏิกิริยาที่สำคัญหนึ่งที่ใช้ตัวให้ไอโซพรีนกัมมันต์เหล่านี้ คือ ชีวสังเคราะห์สเตอรอยด์ ซึ่งหน่วยไอโซพรีนถูกเชื่อมเข้าด้วยกันและสร้างเป็นสควอลีน (squalene) และจากนั้น จะพับและเกิดเป็นกลุ่มวงแหวนเพื่อสร้างลาโนสเตอรอล (lanosterol)[76] ลาโนเสอรอลจากนั้นสามารถถูกเปลี่ยนให้เป็นสเตอรอลชนิดอื่นได้ อย่างคอเลสเตอรอลและเออร์โกสเตอรอล (ergosterol)[76][77]

โปรตีน[แก้]

สิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการสังเคราะห์กรดอะมิโนสามัญ 20 ชนิดแตกต่างกัน แบคทีเรียและพชส่วนมากสามารถสังเคราะห์ได้ครบทั้งหมด แต่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมสามารถสังเคราะห์ได้เพียงกรดอะมิโนไม่จำเป็นสิบเอ็ดชนิด ดังนั้น กรดอะมิโนจำเป็นอีกเก้าชนิดจึงต้องได้รับจากอาหาร[11] ปรสิตสามัญบางชนิด เช่น แบคทีเรีย Mycoplasma pneumoniae ขาดการสังเคราะห์กรดอะมิโนทั้งหมด และรับกรดอะมิโนจากโฮสต์ไปใช้โดยตรง[78] กรดอะมิโนทั้งหมดถูกสังเคราะห์จากสารตัวกลางในไกลโคไลสิส วัฏจักรเครปส์ หรือวิถีเพนโตสฟอสเฟต กลูตาเมตและกลูตามีนเป็นตัวให้ไนโตรเจน การสังเคราะห์กรดอะมิโนขึ้นอยู่กับรูปแบบของหมู่แอลฟาคีโตที่เหมาะสม ซึ่งจากนั้นจะถูกเติมหมู่อะมิโน (transaminate) เพื่อสร้างเป็นกรดอะมิโน[79]

กรดอะมิโนถูกสร้างเป็นโปรตีนโดยการเชื่อมต่อกันในสายโซ่ด้วยพันธะเปปไทด์ โปรตีนแต่ละตัวมีลำดับหน่วยย่อยกรดอะมิโนแตกต่างกัน นี่คือโครงสร้างปฐมภูมิ กรดอะมิโนสามารถเชื่อมกันในลำดับต่าง ๆ เพื่อสร้างเป็นโปรตีนหลากชนิด โปรตีนถูกสร้างจากกรดอะมิโนซึ่งถูกกระตุ้นโดยการยึดกับโมเลกุลอาร์เอ็นเอถ่ายโอน (transfer RNA) ด้วยพันธะเอสเทอร์ สารตั้งต้นอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอ (aminoacyl-tRNA) นี้ถูกสร้างขึ้นในปฏิกิริยาที่อาศัย ATP ซึ่งดำเนินโดยเอนไซม์ aminoacyl tRNA synthetase[80] อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอนี้จะเป็นสารตั้งต้นแก่ไรโบโซม ซึ่งเชื่อมกรดอะมิโนเข้ากับสายโปรตีนที่กำลังยืด โดยใช้ลำดับข้อมูลในอาร์เอ็นเอนำรหัส (messenger RNA) ต่อไป[81]

การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์และการกู้คืน[แก้]

นิวคลีโอไทด์สร้างมาจากกรดอะมิโน คาร์บอนไดออกไซด์และกรดฟอร์มิกในวิถีซึ่งต้องการพลังงานเมแทบอลิกปริมาณมาก[82] ดังนั้น สิ่งมีชีวิตส่วนมากมีระบบที่มีประสิทธิภาพในการกู้คืน (salvage) นิวคลีโอไทด์ที่ก่อรูปแล้ว[82][83] พิวรีนถูกสังเคราะห์เป็นนิวคลีโอไซด์ (เบสต่อกับไรโบส) ทั้งอะดีนีนและกวานีนล้วนสร้างมาจากนิวคลีโอไซด์สารตั้งต้น อินโนซีนมอโนฟอสเฟต (inosine monophosphate) ซึ่งถูกสังเคราะห์โดยใช้อะตอมจากกรดอะมิโน ไกลซีน กลูตามีนและกรดแอสปาติก เช่นเดียวกับฟอร์เมตที่ถูกย้ายมาจากโคเอนไซม์เตตระไฮโดรโฟเลต (tetrahydrofolate) ขณะที่ไพริมิดีนสังเคราะห์จากเบสโอโรเตต (orotate) ซึ่งสร้างจากกลูตามีนและแอสปาเตต[84]

สารแปลกปลอมและปฏิกิริยารีด็อกซ์[แก้]

ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่: เมแทบอลิซึมของยา

สิ่งมีชีวตทุกชนิดได้รับสารประกอบที่ไม่สามารถใช้เป็นอาหารได้อยู่ตลอดเวลาและอาจเกิดอันตรายได้หากสารนั้นสะสมอยู่ในเซลล์ เพราะไม่มีหน้าที่ทางเมแทบอลิซึม สารประกอบที่อาจเป็นอันตรายนี้เรียก สารแปลกปลอม (xenobiotics)[85] สารแปลกปลอมอย่างเช่นยาสังเคราะห์ พิษตามธรรมชาติและยาปฏิชีวนะมีการขจัดพิษโดยเอ็นไซม์เมแทบอไลซ์สารแปลกปลอมชุดหนึ่ง ในมนุษย์เอ็นไซม์เหล่านี้ได้แก่ ไซโทโครม พี450 ออกซิเดส[86] ยูดีพี-กลูคูโรโนซิลทรานสเฟอเรส[87] และกลูตาไธโอน เอส-ทรานสเฟอเรส[88] ระบบเอ็นไซม์นี้ทำหน้าที่เป็นสามขั้น ขั้นแรกออกซิไดซ์สารแปลกปลอมแล้วขั้นที่สองคอนจูเกตหมู่ละลายน้ำได้บนโมเลกุล สารแปลกปลอมที่ถูกดัดแปลงให้ละลายน้ำได้สามารถถูกขับออกจากเซลล์และในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อาจมีเมแทบอลิซึมเพิ่มเติมก่อนถูกขับออก (ขั้นที่สาม) ในนิเวศวิทยา ปฏิกิริยาเหล่านี้มีความสำคัญเป็นพิเศษในการย่อยสลายสารมลพิษทางชีวภาพของจุลชีพและมลพิษชีวบำบัด (bioremediation) ซึ่งดินที่ปนเปื้อนและการรั่วไหลของน้ำมัน[89] ปฏิกิริยาของจุลชีพเหล่านี้หลายชนิดมีความคล้ายกับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ แต่เนื่องจากมีจุลชีพหลายชนิดกว่ามาก สิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถรับมือกับสารแปลกปลอมได้มากมายกว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ และสามารถย่อยสลายแม้แต่สารมลิพษที่คงทนอย่างสารประกอบออร์กาโนคลอรีน[90]

ปัญหาที่สัมพันธ์สำหรับสิ่งมีชีวิตใช้ออกซิเจนคือความเครียดออกซิเดชัน (oxidative stress)[91] กระบวนการรวมถึงปฏิกิริยาออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชันและการสร้างพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างการพับโปรตีนทำให้เกิดสารอนุมูลอิสระอย่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์[92] เมแทบอไลต์ต้านอนุมูลอิสระ เช่น กลูตาไธโอน และเอ็นไซม์อย่างแคตะเลสและเปอร์ออกซิเดสกำจัดสารออกซิเจนเป็นอันตรายเหล่านี้[93][94]

อุณหพลศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต[แก้]

สิ่งมีชีวิตต้องอยู่ภายใต้กฎของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งอธิบายการถ่ายทอดความร้อนและงาน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าในระบบปิดใด ๆ ปริมาณของเอนโทรปีจะไม่มีทางลดลง แม้ความซับซ้อนที่น่าทึ่งของสิ่งมีชีวิตดูเหมือนขัดต่อกฎนี้ แต่ชีวิตเกิดขึ้นได้เพราะสิ่งมีชีวิตเป็นระบบเปิดที่แลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม ฉะนั้นสิ่งมีชีวิตจึงไม่อยู่ในสมดุล แต่เป็นระบบกระจาย (dissipative system) ที่ธำรงสถานะความซับซ้อนสูงโดยทำให้เพิ่มเอนโทรปีในสิ่งแวดล้อมแทน[95] เมแทบอลิซึมของเซลล์ทำให้เกิดกระบวนการนี้ได้โดยรวมกระบวนการแคแทบอลิซึมที่เกิดเองกับกระบวนการแอแนบอลิซึมที่ไม่เกิดเอง[96]

การกำกับและควบคุม[แก้]

ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่: ฮอร์โมน

เนื่องจากสิ่งแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมต้องมีการกำกับอย่างละเอียดเพื่อธำรงภาวะต่าง ๆ ภายในเซลล์ในคงที่ เรียก ภาวะธำรงดุล[97][98] การกำกับเมแทบอลิกยังทำให้สิ่งมีชีวิตตอบสนองต่อสัญญาณและมีอันตรกิริยาต่อสิ่งแวดล้อม[99] มีมโนทัศน์ที่เชื่อมโยงกันใกล้ชิดสองอย่างที่สำคัญต่อการทำความเข้าใจการควบคุมวิถีเมแทบอลิก อย่างแรกคือการกำกับเอ็นไซม์ในวิถีเป็นวิธีที่เอ็นไซม์เพิ่มหรือลดการตอบสนองต่อสัญญาณ อย่างที่สองคือการควบคุมจากเอนไซม์นี้เป็นฤทธิ์ที่การเปลี่ยนแปลงกัมมันตภาพของเอ็นไซม์มีผลต่ออัตราเร็วโดยรวมของวิถี (ฟลักซ์ผ่านวิถี)[100] ตัวอย่างเช่น เอ็นไซม์อาจมีการเปลี่ยนแปลงกัมมันติภาพสูง (คือมีการกำกับสูง) แต่ถ้าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีผลเล็กน้อยต่อฟลักซ์ของวิถีเมแทบอลิก หมายความว่าเอ็นไซม์นั้นจะไม่เกี่ยวข้องในการควบคุมวิถี[101]

ฤทธิ์ของอินซูลินต่อการรับและเมแทบอลิซึมของกลูโคสและเมแทบอลิซึม อินซูลินจับกับตัวรับของมัน (1) ซึ่งจะเริ่มลำดับการปลุกฤทธิ์โปรตีนหลายตัว (2) อันได้แก่ การเคลื่อนย้ายตัวย้ายกลุต-4 ทรานสพอร์เตอร์ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์และการไหลเข้าของกลูโคส (3), การสังเคราะห์ไกลโคเจน (4), ไกลโคไลซิส (5) และการสังเคราะห์กรดไขมัน (6)

มีการควบคุมเมแทบอลิกหลายระดับ ในการกำกับภายใน วิถีเมแทบอลิกกำกับตัวเองในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น การลดปริมาณของผลิตภัณฑ์สามารถเพิ่มฟลักซ์ผ่านวิถีเพื่อชดเชย[100] การกำกะบประเภทนี้มักเกี่ยวข้องกับการกำกับอัลโลสเตอริก (allosteric) ของกัมมันตภาพของเอ็นไซม์หลายตัวในวิถี[102] การควบคุมภายนอกเกี่ยวข้องกับเซลล์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมของมันเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณจากเซลล์อื่น สัญญาฯ้หล่านี้ปกติอยู่ในรูปสารละลายน้ำได้อย่างฮอร์โมนหรือโกรทแฟกเตอร์ และตรวจจับโดยใช้ตัวรับจำเพาะบนผิวเซลล์[103] สัญญาณเหล่านี้มีการส่งผ่านภายในเซลล์โดยระบบสารส่งสัญญาณที่สองซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมหมู่ฟอสเฟตของโปรตีน[104]

ตัวอย่างที่มีความเข้าใจดีมากของการควบคุมภายนอกหนึ่งคือการควบคุมเมแทบอลิซึมของกลูโคสโดยฮอร์โมนอินซูลิน[105] มีการผลิตอินซูลินเพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มระดับกลูโคสในเลือด การจับของฮอร์โมนกับตัวรับอินซูลินบนผิวเซลล์จะปลุกฤทธิ์ลำดับของโปรตีนไคเนสซึ่งจพทำให้เซลล์รับกลูโคสเข้าไปและแปลงเป็นโมเลกุลสะสมอย่างกรดไขมันและไกลโคเจน[106] กัมมันตภาพของฟอสโฟรีเลสและไกลโคเจนซินเทสควบคุมเมแทบอลิซึมของไกลโคเจน ซึ่งทำหน้าที่ย่อยสลายไกลโคเจนและสร้างไกลโคเจนตามลำดับ เอ็นไซม์ดังกล่าวมีการกำกับแบบย้อนกลับ โดยเมื่อเอ็นไซม์เหล่านี้เติมหมู่ฟอสเฟตแล้วจะยับยั้งไกลโคเจนซินเทสแต่ปลุกฤทธิ์ฟอสโฟรีเลส อินซูลินทำให้เกิดการสังเคราะห์ไกลโคเจนโดยปลุกฤทธิ์โปรตีนฟอสฟาเตสและทำให้เกิดการผลิตรูปเติมฟอสเฟตของเอ็นไซม์เหล่านี้ลดลง[107]

วิวัฒนาการ[แก้]

ต้นไม้วิวัฒนาการแสดงบรรพบุรุษร่วมของสิ่งมีชีวิตจากทั้งสามโดเมน แบคทีเรียสีน้ำเงิน ยูแคริโอตสีแดง และอาร์เคียสีเขียว ตำแหน่งโดยสัมพัทธ์ของบางไฟลัมแสดงรอบต้นไม้

วิถีเมแทบอลิซึมกลางดังอธิบายไว้ข้างต้น เช่น ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งสามโดเมน และมีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนโลก[5][108] เซลล์บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดนี้เป็นโพรแคริโอต และอาจเป็นเมทาโนเจนซึ่งมีเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และลิพิดอย่างกว้างขวาง[109][110] การคงวิถีโบราณดังนี้ระหว่างวิวัฒนาการในเวลาต่อมาอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นทางแก้ที่เหมาะที่สุดสำหรับปัญหาเมแทบอลิกจำเพาะของสิ่งมีชีวิต โดยวิถีอย่างไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริกที่ผลิตผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีประสิทธิภาพสูงและใช้ขั้นตอนน้อยที่สุด[6][7] วิถีแรก ๆ ของเมแทบอลิซึมที่ใช้เอ็นไซม์อาจเป็นส่วนหนึ่งของเมแทบอลิซึมของนิวคลีโอไทด์พิวรีน ส่วนวิถีเมแทบอลิกก่อนหน้านี้เป็นส่วนหนึ่งของโลกอาร์เอ็นเอโบราณ[111]

มีการเสนอแบบจำลองหลายอย่างเพื่ออธิบายกลไกที่วิถีเมแทบอลิกใหม่ ๆ วิวัฒน์ขึ้น ซึ่งรวมการเพิ่มโดยลำดับของเอ็นไซม์ใหม่ในวิถีโบราณสั้น การทำเป็นคู่แล้วเบนออกของทั้งวิถีตลอดจนการระดมเอ็นไซม์ที่มีอยู่เดิมและการประกอบเข้าเป็นวิถีปฏิกิริยาใหม่[112] ความสำคัญสัมพัทธ์ของกลไกเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน แต่การศึกษาจีโนมได้แสดงว่าเอ็นไซม์ในวิถีหนึ่งน่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกัน แนะว่าวิถีหลายวิถีวิวัฒน์แบบทีละขั้นโดยมีการสร้างหน้าที่ใหม่จากขั้นตอนเดิมในวิถีนั้น[113] อีกแบบจำลองหนึ่งมาจากการศึกษาซึ่งสืบย้อนวิวัฒนาการของโครงสร้างโปรตีนในเครือข่ายเมแทบอลิก ซึ่งเสนอว่ามีการระดมเอ็นไซม์มาใช้อย่างแพร่หลาย ยืมเอ็นไซม์เพื่อทำหน้าที่คล้ายกันในวิถีเมแทบอลิกอื่น (ดังหลักฐานในฐานข้อมูลมาเน็ต)[114] กระบวนการระดมทำให้เกิดโมเสกเอ็นไซม์วิวัฒนาการ[115] ความน่าจะเป็นที่สามคือเมแทบอลิซึมบางส่วนอาจมีอยู่เป็น "มอดูล" ที่สามารถใช้ใหม่ได้ในวิถีต่าง ๆ และดำเนินหน้าที่คล้ายกันต่อโมเลกุลอื่น[116]

เช่นเดียวกับวิวัฒนาการของวิถีเมแทบอลิกใหม่ วิวัฒนาการยังก่อให้เกิดการเสียหน้าที่เมแทบอลิก ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการเมแทบอลิกปรสิตบางชนิดที่ไม่จำเป็นต่อการดำรงชีพเสียไปและกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และคาร์โบไฮเดรตที่สร้างไว้แล้วอาจถูกขับออกจากโฮสต์แทน[117] ขีดความสามารถเมทแบอลิกที่ลดลงคล้ายกันพบในสิ่งมีชีวิตสมชีพภายใน (endosymbiotic)[118]

การชันสูตรและการดัดแปลง[แก้]

เครือข่ายเมแทบอลิกในวัฏจักรกรดซิตริกของ Arabidopsis thaliana เอ็นไซม์และเมแทบอไลต์แสดงเป็นสี่เหลี่ยมสีแดง และอันตรกิริยาระหว่างพวกมันเป็นเส้นสีดำ

แต่เดิมการศึกษาเมแทบอลิซึมเป็นแบบแนวทางลดทอนซึ่งมุ่งสนใจวิถีเมแทบอลิกเดี่ยว ๆ การศึกษาที่มีประโชน์อย่างยิ่งได้แก่การใช้สารกัมมันตรังสีตามรอยกับสิ่งมีชีวิตทั้งตัว ระดับเนื้อเยื่อและเซลล์ ซึ่งนิยามวิถีจากสารตั้งต้นจนถึงผลิตภัณฑ์สุดท้ายโดยการระบุสารตัวกลางและผลิตภะณฑ์ที่มีฉลากกัมมันตรังสี[119] เอ็นไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้และมีการชันสูตรจลนสาสตร์และการตอบสนองต่อตัวยับยั้ง แนวทางขนานเป็นการระบุโมเลกุลขนาดเล็กในเซลล์หรือเนื่อเยื่อ ชุดสมบูรณ์ของโมเลกุลเหล่านี้เรียก เมทาโบโลม (metabolome) โดยรวม การศึกษาเหล่านี้ให้มุมมองที่ดีของโครงสร้างและการทำหน้าที่ของวิถีเมแทบอลิกอย่างง่าย แต่ไม่เพียงพอเมื่อใช้กับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างเช่นเมแทบอลิซึมของเซลล์สมบูรณ์[120]

ความคิดความซับซ้อนของเครือข่ายเมแทบอลิกในเซลล์ซึ่งบรรจุเอ็นไซม์หลายพันเอนไซม์สามารถดูได้จากรูปแสดงอันตรกิริยาระหว่างโปรตีน 43 ตัวและเมแทบอไลต์ 40 ตัวด้านขวามือ ลำดับของจีโนมให้รายการแสดงยีนได้มากสุด 45,000 ยีน[121] ทว่า การใช้ข้อมูลจีโนมเพื่อสร้างใหม่ซึ่งเครือข่ายปฏิกิริยาชีวเคมีอย่างสมบูรณ์เป็นไปได้และผลิตแบบจำลองคณิตศาสตร์แบบองค์รวมยิ่งขึ้นซึ่งอาจอธิบายและพยากรณ์พฤติกรรมของพวกมันได้[122] แบบจำลองเหล่านี้ทรงพลังเป็นพิเศษเมื่อใช้รวมข้อมูลวิถีและเมแทบอไลต์ที่ได้มาผ่านวิธีการคลาสสิกกับข้อมูลการแสดงออกของยีนจากการศึกษาโปรตีโอมิกส์ (preteomic) และดีเอ็นไอไมโครอะเรย์ (DNA microarray)[123] ปัจจุบันมีการใช้เทคนิคเหล่านี้ผลิตแบบจำลองเมแทบอลิซึมของมนุษย์ ซึ่งจะชี้นำการค้นพบยาและการวิจัยชีวเคมีในอนาคต[124] ปัจจุบันแบบจำลองเหล่านี้ใช้ในการวิเคราะห์เครือข่ายเพื่อจำแนกหมวดโรคของมนุษย์เป็นกลุ่มที่มีโปรตีนหรือเมแทบอไลต์ร่วมกัน[125][126]

เครือข่ายเมแทบอลิกของแบคทีเรียเป็นตัวอย่างที่สะดุดตาของการจัดระเบียบแบบ "หูกระต่าย" (bow-tie)[127][128][129] ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมที่สามารถรับสารอาหารเข้าได้หลากหลายและผลิตผลิตภัณฑ์และสารโมเลกุลใหญ่ซับซ้อนได้โดยใช้การหมุนเวียนร่วมตัวกลางค่อนข้างน้อย

การใช้สารสนเทศนี้ทางเทคโนโลยีที่สำคัญ คือ วิศวกรรมเมแทบอลิก ที่นี่สิ่งมีชีวิตอย่างยีสต์ พืชหรอแบคทีเรียมีการดัดแปรพันธุกรรมเพื่อทำให้พวกมันมีประโยชน์ในเทคโนโลยีชีวภาพมากขึ้นและช่วยการผลิตยาอย่างยาปฏิชีวนะและสารเคมีอุตสาหกรรมอย่าง 1,3-โพรพาเนไดออล (1,3-propanediol) และกรดชิคิมิก[130] การดัดแปรพันธุกรรมเหล่านี้ปกติมีเป้าหมายเพื่อลดปริมาณพลังงานที่ใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ เพิ่มผลผลิตและลดการผลิตของเสีย[131]

ประวัติศาสตร์[แก้]

ส่วนต่าง ๆ ของสัตว์ (The Parts of Animals) ของอาริสโตเติลบันทึกรายละเอียดของทัศนะของเขาต่อเมแทบอลิซึมพอให้สร้างแบบจำลองการไหลเปิดได้ เขาเชื่อว่าในกระบวนการแต่ละขั้น มีการแปลงวัสดุจากอาหาร โดยมีการปลดปล่อยความร้อนเป็นธาตุไฟคลาสสิก และวัสดุที่เหลือถูกขับออกในรูปปัสสาวะ น้ำดีหรืออุจจาระ[132]

อิบน์ อัล-นะฟิส (Ibn al-Nafis) อธิบายเมแทบอลิซึมในงานชื่อ الرسالة الكاملية في السيرة النبوية (ศาสตร์นิพนธ์กะมิลว่าด้วยชีวประวัติของศาสดา) ซึ่งมีวลีต่อไปนี้ "ทั้งร่างกายและส่วนประกอบของมันอยู่ในสถานะสลายและได้รับการบำรุงต่อเนื่อง ฉะนั้นจึงต้องเปลี่ยนแปลงถาวรอย่างเลี่ยงไม่ได้"[133] ประวัติศาสตร์การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของเมแทบอลิซึมกินเวลาหลายศตวรรษและเปลี่ยนจากการตรวจสอบสัตว์ทั้งตัวในการศึกษาแรก ๆ มาเป็นการศึกษาปฏิกิริยาเมแทบอลิกเดี่ยว ๆ ในชีวเคมีสมัยใหม่ การทดลองเรื่องเมแทบอลิซึมของมนุษย์ที่มีการควบคุมครั้งแรกมีการจัดพิมพ์โดยซันโตรีโอ ซันโตรีโอในหนังสืออาส์เดสตาตีกาเมดีซีนา (Ars de statica medicina) ค.ศ. 1614[134] เขาอธิบายน้ำหนักของเขาก่อนและหลังการกิน นอน ทำงาน ร่วมเพศ อดอาหาร ดื่มและขับถ่าย เขาพบว่าอาหารส่วนใหญ่ที่เขารับประทานเสียไปกับสิ่งที่เรียก "การออกเหงื่อสัมผัสไม่ได้"

ในการศึกษาแรก ๆ เหล่านี้ ไม่มีการระบุกลไกกระบวนการเมแทบอลิกเหล่านี้และคิดกันว่าพลังชีพเป็นสิ่งที่ทำให้เนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตมีชีวิต[135] ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 ขณะกำลังศึกษาการหมักน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์ของยีสต์ หลุยส์ ปาสเตอร์สรุปว่า การหมักถูกเร่งปฏิกิริยาโดยสารที่อยู่ในเซลล์ยีสต์ซึ่งเขาเรียกว่า "เอ็นไซม์" (ferments) เขาเขียนว่า "การหมักแอลกอฮอล์เป็นการกระทำที่ต้องกันกับชีวิตและการจัดระเบียบของเซลล์ยีสต์ ไม่ใช่กับความตายหรือการเน่าสลายของเซลล์"[136] การค้นพบนี้ ร่วมกับการจัดพิมพ์ของฟรีดริช เวอเลอร์ใน ค.ศ. 1828 ของเอกสารว่าด้วยการสังเคราะห์เคมียูเรีย[137] และมีความสำคัญที่เป็นสารประกอบอินทรีย์แรกที่เตรียรมขึ้นจากสารตั้งต้นอนินทรีย์ทั้งหมด อันเป็นการพิสูจน์ว่าสารประกอบอินทรีย์และปฏิกิริยาเคมีที่พบในเซลล์ไม่มีความแตกต่างในหลักการกับเคมีส่วนอื่น

การค้นพบเอ็นไซม์ (enzyme) ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 โดยเอดูอาร์ด บุชเนอร์เป็นการแยกการศึกษาปฏิกิริยาเคมีเมแทบอลิซึมจากการศึกษาทางชีวภาพของเซลล์ และเป็นจุดเริ่มต้นของวิชาชีวเคมี[138] ปริมาณความรู้ด้านชีวเคมีเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตลอดต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักชีวเคมีสมัยใหม่ที่สำคัญที่สุดคนหนึ่ง คือ ฮันส์ เครบส์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญต่อการศึกษาเมแทบอลิซึม[139] เขาค้นพบวัฏจักรยูเรียและต่อมารวมถึงวัฏจักรกรดซิตริกและวัฏจักรไกลออกซีเลต[140][67] โดยทำงานร่วมกับฮันส์ คอร์นเบิร์ก การวิจัยชีวเคมีสมัยใหม่ได้รับการช่วยเหลืออย่างมากจากการพัฒนาเทคนิคใหม่อย่างโครมาโทกราฟี การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เอ็นเอ็มอาร์สเปกโตรสโคปี การติดฉลากไอโซโทปกัมมันตรังสี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และแบบจำลองพลวัตโมเลกุล เทคนิคเหล่านี้ทำให้เกิดการค้นพบและดารวิเคราะห์ในรายละเอียดของหลายโมเลกุลและวิถีเมแทบอลิกในเซลล์

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. ศัพท์บัญญัติราชบัณฑิตยสถาน สาขาพฤกษศาสตร์ ๑๘ ก.พ. ๒๕๔๕
  2. http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/4435/anabolism-แอแนบอลิซึม
  3. 3.0 3.1 Friedrich C (1998). "Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria". Adv Microb Physiol. Advances in Microbial Physiology 39: 235–89. ISBN 9780120277391. PMID 9328649. doi:10.1016/S0065-2911(08)60018-1. 
  4. Pace NR (January 2001). "The universal nature of biochemistry". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3): 805–8. Bibcode:2001PNAS...98..805P. PMC 33372. PMID 11158550. doi:10.1073/pnas.98.3.805. 
  5. 5.0 5.1 Smith E, Morowitz H (2004). "Universality in intermediary metabolism". Proc Natl Acad Sci USA 101 (36): 13168–73. Bibcode:2004PNAS..10113168S. PMC 516543. PMID 15340153. doi:10.1073/pnas.0404922101. 
  6. 6.0 6.1 Ebenhöh O, Heinrich R (2001). "Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems". Bull Math Biol 63 (1): 21–55. PMID 11146883. doi:10.1006/bulm.2000.0197. 
  7. 7.0 7.1 Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M (1996). "The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution". J Mol Evol 43 (3): 293–303. PMID 8703096. doi:10.1007/BF02338838. 
  8. https://th.m.wikipedia.org/wiki/มอโนแซ็กคาไรด์
  9. https://th.m.wikipedia.org/wiki/พันธะเพปไทด์
  10. "Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton". Annu Rev Biochem 75: 467–92. 2006. PMID 16756499. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  11. 11.0 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 Nelson, David L.; Michael M. Cox (2005). Lehninger Principles of Biochemistry. New York: W. H. Freeman and company. p. 841. ISBN 0-7167-4339-6. 
  12. Kelleher J, Bryan 3rd, B, Mallet R, Holleran A, Murphy A, and Fiskum G (1987). "Analysis of tricarboxylic acid-cycle metabolism of hepatoma cells by comparison of 14CO2 ratios". Biochem J 246 (3): 633–639. PMC 1148327. PMID 3120698. doi:10.1042/bj2460633. 
  13. Hothersall, J & Ahmed, A (2013). "Metabolic fate of the increased yeast amino acid uptake subsequent to catabolite derepression". J Amino Acids 2013: e461901. PMC 3575661. PMID 23431419. doi:10.1155/2013/461901. 
  14. "A comprehensive classification system for lipids". J Lipid Res 46 (5): 839–61. 2005. PMID 15722563. doi:10.1194/jlr.E400004-JLR200.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  15. "Nomenclature of Lipids". IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN). สืบค้นเมื่อ 2007-03-08. 
  16. Hegardt F (1999). "Mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase: a control enzyme in ketogenesis". Biochem J 338 (Pt 3): 569–82. PMC 1220089. PMID 10051425. doi:10.1042/0264-6021:3380569. 
  17. "Glycomics: an integrated systems approach to structure-function relationships of glycans". Nat Methods 2 (11): 817–24. 2005. PMID 16278650. doi:10.1038/nmeth807.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  18. "Basics of the virology of HIV-1 and its replication". J Clin Virol 34 (4): 233–44. 2005. PMID 16198625. doi:10.1016/j.jcv.2005.09.004.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  19. 19.0 19.1 "Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions". Annu Rev Biochem 47: 1031–78. 1978. PMID 354490. doi:10.1146/annurev.bi.47.070178.005123.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  20. Mitchell P (1979). "The Ninth Sir Hans Krebs Lecture. Compartmentation and communication in living systems. Ligand conduction: a general catalytic principle in chemical, osmotic and chemiosmotic reaction systems". Eur J Biochem 95 (1): 1–20. PMID 378655. doi:10.1111/j.1432-1033.1979.tb12934.x. 
  21. 21.0 21.1 21.2 21.3 "Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases: Fourth in the Cycles Review Series". EMBO Rep 7 (3): 276–82. March 2006. PMC 1456893. PMID 16607397. doi:10.1038/sj.embor.7400646.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  22. Coulston, Ann; Kerner, John; Hattner, JoAnn; Srivastava, Ashini (2006). "Nutrition Principles and Clinical Nutrition". Stanford School of Medicine Nutrition Courses. SUMMIT. 
  23. "The power to reduce: pyridine nucleotides – small molecules with a multitude of functions". Biochem J 402 (2): 205–18. 2007. PMC 1798440. PMID 17295611. doi:10.1042/BJ20061638.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  24. 24.0 24.1 "Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models". Am J Physiol 261 (2 Pt 1): E190–8. 1991. PMID 1872381.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  25. Sychrová H (2004). "Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations" (PDF). Physiol Res. 53 Suppl 1: S91–8. PMID 15119939. 
  26. Levitan I (1988). "Modulation of ion channels in neurons and other cells". Annu Rev Neurosci 11: 119–36. PMID 2452594. doi:10.1146/annurev.ne.11.030188.001003. 
  27. Dulhunty A (2006). "Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium". Clin Exp Pharmacol Physiol 33 (9): 763–72. PMID 16922804. doi:10.1111/j.1440-1681.2006.04441.x. 
  28. "Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight". J Anim Sci 76 (2): 506–12. 1998. PMID 9498359.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  29. "Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics". Anal Bioanal Chem 378 (1): 171–82. 2004. PMID 14551660. doi:10.1007/s00216-003-2219-0.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  30. "Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors". Science 300 (5621): 931–6. 2003. Bibcode:2003Sci...300..931F. PMID 12738850. doi:10.1126/science.1085049.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  31. "Mammalian zinc transport, trafficking, and signals". J Biol Chem 281 (34): 24085–9. 2006. PMID 16793761. doi:10.1074/jbc.R600011200.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  32. "Iron uptake and metabolism in the new millennium". Trends Cell Biol 17 (2): 93–100. 2007. PMID 17194590. doi:10.1016/j.tcb.2006.12.003.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  33. Nealson K, Conrad P (1999). "Life: past, present and future". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 354 (1392): 1923–39. PMC 1692713. PMID 10670014. doi:10.1098/rstb.1999.0532. 
  34. Häse C, Finkelstein R (December 1993). "Bacterial extracellular zinc-containing metalloproteases". Microbiol Rev 57 (4): 823–37. PMC 372940. PMID 8302217. 
  35. Gupta R, Gupta N, Rathi P (2004). "Bacterial lipases: an overview of production, purification and biochemical properties". Appl Microbiol Biotechnol 64 (6): 763–81. PMID 14966663. doi:10.1007/s00253-004-1568-8. 
  36. Hoyle T (1997). "The digestive system: linking theory and practice". Br J Nurs 6 (22): 1285–91. PMID 9470654. 
  37. Souba W, Pacitti A (1992). "How amino acids get into cells: mechanisms, models, menus, and mediators". JPEN J Parenter Enteral Nutr 16 (6): 569–78. PMID 1494216. doi:10.1177/0148607192016006569. 
  38. Barrett M, Walmsley A, Gould G (1999). "Structure and function of facilitative sugar transporters". Curr Opin Cell Biol 11 (4): 496–502. PMID 10449337. doi:10.1016/S0955-0674(99)80072-6. 
  39. Bell G, Burant C, Takeda J, Gould G (1993). "Structure and function of mammalian facilitative sugar transporters". J Biol Chem 268 (26): 19161–4. PMID 8366068. 
  40. 40.0 40.1 Bouché C, Serdy S, Kahn C, Goldfine A (2004). "The cellular fate of glucose and its relevance in type 2 diabetes". Endocr Rev 25 (5): 807–30. PMID 15466941. doi:10.1210/er.2003-0026. 
  41. Sakami W, Harrington H (1963). "Amino acid metabolism". Annu Rev Biochem 32: 355–98. PMID 14144484. doi:10.1146/annurev.bi.32.070163.002035. 
  42. Brosnan J (2000). "Glutamate, at the interface between amino acid and carbohydrate metabolism". J Nutr 130 (4S Suppl): 988S–90S. PMID 10736367. 
  43. Young V, Ajami A (2001). "Glutamine: the emperor or his clothes?". J Nutr 131 (9 Suppl): 2449S–59S; discussion 2486S–7S. PMID 11533293. 
  44. Hosler J, Ferguson-Miller S, Mills D (2006). "Energy Transduction: Proton Transfer Through the Respiratory Complexes". Annu Rev Biochem 75: 165–87. PMC 2659341. PMID 16756489. doi:10.1146/annurev.biochem.75.062003.101730. 
  45. Schultz B, Chan S (2001). "Structures and proton-pumping strategies of mitochondrial respiratory enzymes". Annu Rev Biophys Biomol Struct 30: 23–65. PMID 11340051. doi:10.1146/annurev.biophys.30.1.23. 
  46. Capaldi R, Aggeler R (2002). "Mechanism of the F(1)F(0)-type ATP synthase, a biological rotary motor". Trends Biochem Sci 27 (3): 154–60. PMID 11893513. doi:10.1016/S0968-0004(01)02051-5. 
  47. Friedrich B, Schwartz E (1993). "Molecular biology of hydrogen utilization in aerobic chemolithotrophs". Annu Rev Microbiol 47: 351–83. PMID 8257102. doi:10.1146/annurev.mi.47.100193.002031. 
  48. Weber K, Achenbach L, Coates J (2006). "Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation and reduction". Nat Rev Microbiol 4 (10): 752–64. PMID 16980937. doi:10.1038/nrmicro1490. 
  49. Jetten M, Strous M, van de Pas-Schoonen K, Schalk J, van Dongen U, van de Graaf A, Logemann S, Muyzer G, van Loosdrecht M, Kuenen J (1998). "The anaerobic oxidation of ammonium". FEMS Microbiol Rev 22 (5): 421–37. PMID 9990725. doi:10.1111/j.1574-6976.1998.tb00379.x. 
  50. Simon J (2002). "Enzymology and bioenergetics of respiratory nitrite ammonification". FEMS Microbiol Rev 26 (3): 285–309. PMID 12165429. doi:10.1111/j.1574-6976.2002.tb00616.x. 
  51. Conrad R (1996). "Soil microorganisms as controllers of atmospheric trace gases (H2, CO, CH4, OCS, N2O, and NO)". Microbiol Rev 60 (4): 609–40. PMC 239458. PMID 8987358. 
  52. Barea J, Pozo M, Azcón R, Azcón-Aguilar C (2005). "Microbial co-operation in the rhizosphere". J Exp Bot 56 (417): 1761–78. PMID 15911555. doi:10.1093/jxb/eri197. 
  53. van der Meer M, Schouten S, Bateson M, Nübel U, Wieland A, Kühl M, de Leeuw J, Sinninghe Damsté J, Ward D (July 2005). "Diel Variations in Carbon Metabolism by Green Nonsulfur-Like Bacteria in Alkaline Siliceous Hot Spring Microbial Mats from Yellowstone National Park". Appl Environ Microbiol 71 (7): 3978–86. PMC 1168979. PMID 16000812. doi:10.1128/AEM.71.7.3978-3986.2005. 
  54. Tichi M, Tabita F (2001). "Interactive Control of Rhodobacter capsulatus Redox-Balancing Systems during Phototrophic Metabolism". J Bacteriol 183 (21): 6344–54. PMC 100130. PMID 11591679. doi:10.1128/JB.183.21.6344-6354.2001. 
  55. Allen J, Williams J (1998). "Photosynthetic reaction centers". FEBS Lett 438 (1–2): 5–9. PMID 9821949. doi:10.1016/S0014-5793(98)01245-9. 
  56. Munekage Y, Hashimoto M, Miyake C, Tomizawa K, Endo T, Tasaka M, Shikanai T (2004). "Cyclic electron flow around photosystem I is essential for photosynthesis". Nature 429 (6991): 579–82. Bibcode:2004Natur.429..579M. PMID 15175756. doi:10.1038/nature02598. 
  57. Miziorko H, Lorimer G (1983). "Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase". Annu Rev Biochem 52: 507–35. PMID 6351728. doi:10.1146/annurev.bi.52.070183.002451. 
  58. Dodd A, Borland A, Haslam R, Griffiths H, Maxwell K (2002). "Crassulacean acid metabolism: plastic, fantastic". J Exp Bot 53 (369): 569–80. PMID 11886877. doi:10.1093/jexbot/53.369.569. 
  59. Hügler M, Wirsen C, Fuchs G, Taylor C, Sievert S (May 2005). "Evidence for Autotrophic CO2 Fixation via the Reductive Tricarboxylic Acid Cycle by Members of the ɛ Subdivision of Proteobacteria". J Bacteriol 187 (9): 3020–7. PMC 1082812. PMID 15838028. doi:10.1128/JB.187.9.3020-3027.2005. 
  60. Strauss G, Fuchs G (1993). "Enzymes of a novel autotrophic CO2 fixation pathway in the phototrophic bacterium Chloroflexus aurantiacus, the 3-hydroxypropionate cycle". Eur J Biochem 215 (3): 633–43. PMID 8354269. doi:10.1111/j.1432-1033.1993.tb18074.x. 
  61. Wood H (1991). "Life with CO or CO2 and H2 as a source of carbon and energy". FASEB J 5 (2): 156–63. PMID 1900793. 
  62. Shively J, van Keulen G, Meijer W (1998). "Something from almost nothing: carbon dioxide fixation in chemoautotrophs". Annu Rev Microbiol 52: 191–230. PMID 9891798. doi:10.1146/annurev.micro.52.1.191. 
  63. Boiteux A, Hess B (1981). "Design of glycolysis". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 293 (1063): 5–22. Bibcode:1981RSPTB.293....5B. PMID 6115423. doi:10.1098/rstb.1981.0056. 
  64. Pilkis S, el-Maghrabi M, Claus T (1990). "Fructose-2,6-bisphosphate in control of hepatic gluconeogenesis. From metabolites to molecular genetics". Diabetes Care 13 (6): 582–99. PMID 2162755. doi:10.2337/diacare.13.6.582. 
  65. 65.0 65.1 Ensign S (2006). "Revisiting the glyoxylate cycle: alternate pathways for microbial acetate assimilation". Mol Microbiol 61 (2): 274–6. PMID 16856935. doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05247.x. 
  66. Finn P, Dice J (2006). "Proteolytic and lipolytic responses to starvation". Nutrition 22 (7–8): 830–44. PMID 16815497. doi:10.1016/j.nut.2006.04.008. 
  67. 67.0 67.1 Kornberg H, Krebs H (1957). "Synthesis of cell constituents from C2-units by a modified tricarboxylic acid cycle". Nature 179 (4568): 988–91. Bibcode:1957Natur.179..988K. PMID 13430766. doi:10.1038/179988a0. 
  68. Rademacher T, Parekh R, Dwek R (1988). "Glycobiology". Annu Rev Biochem 57: 785–838. PMID 3052290. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. 
  69. Rademacher T, Parekh R, Dwek R (1988). "Glycobiology". Annu Rev Biochem 57: 785–838. PMID 3052290. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. 
  70. Opdenakker G, Rudd P, Ponting C, Dwek R (1993). "Concepts and principles of glycobiology". FASEB J 7 (14): 1330–7. PMID 8224606. 
  71. McConville M, Menon A (2000). "Recent developments in the cell biology and biochemistry of glycosylphosphatidylinositol lipids (review)". Mol Membr Biol 17 (1): 1–16. PMID 10824734. doi:10.1080/096876800294443. 
  72. Dubey V, Bhalla R, Luthra R (2003). "An overview of the non-mevalonate pathway for terpenoid biosynthesis in plants" (PDF). J Biosci 28 (5): 637–46. PMID 14517367. doi:10.1007/BF02703339. 
  73. 73.0 73.1 Kuzuyama T, Seto H (2003). "Diversity of the biosynthesis of the isoprene units". Nat Prod Rep 20 (2): 171–83. PMID 12735695. doi:10.1039/b109860h. 
  74. Grochowski L, Xu H, White R (May 2006). "Methanocaldococcus jannaschii Uses a Modified Mevalonate Pathway for Biosynthesis of Isopentenyl Diphosphate". J Bacteriol 188 (9): 3192–8. PMC 1447442. PMID 16621811. doi:10.1128/JB.188.9.3192-3198.2006. 
  75. Lichtenthaler H (1999). "The 1-Ddeoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants". Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 50: 47–65. PMID 15012203. doi:10.1146/annurev.arplant.50.1.47. 
  76. 76.0 76.1 Schroepfer G (1981). "Sterol biosynthesis". Annu Rev Biochem 50: 585–621. PMID 7023367. doi:10.1146/annurev.bi.50.070181.003101. 
  77. Lees N, Skaggs B, Kirsch D, Bard M (1995). "Cloning of the late genes in the ergosterol biosynthetic pathway of Saccharomyces cerevisiae—a review". Lipids 30 (3): 221–6. PMID 7791529. doi:10.1007/BF02537824. 
  78. Himmelreich R, Hilbert H, Plagens H, Pirkl E, Li BC, Herrmann R (November 1996). "Complete sequence analysis of the genome of the bacterium Mycoplasma pneumoniae". Nucleic Acids Res. 24 (22): 4420–49. PMC 146264. PMID 8948633. doi:10.1093/nar/24.22.4420. 
  79. Guyton, Arthur C.; John E. Hall (2006). Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: Elsevier. pp. 855–6. ISBN 0-7216-0240-1. 
  80. Ibba M, Söll D (2001). "The renaissance of aminoacyl-tRNA synthesis". EMBO Rep 2 (5): 382–7. PMC 1083889. PMID 11375928. doi:10.1093/embo-reports/kve095. 
  81. Lengyel P, Söll D (1969). "Mechanism of protein biosynthesis". Bacteriol Rev 33 (2): 264–301. PMC 378322. PMID 4896351. 
  82. 82.0 82.1 Rudolph F (1994). "The biochemistry and physiology of nucleotides". J Nutr 124 (1 Suppl): 124S–127S. PMID 8283301.  Zrenner R, Stitt M, Sonnewald U, Boldt R (2006). "Pyrimidine and purine biosynthesis and degradation in plants". Annu Rev Plant Biol 57: 805–36. PMID 16669783. doi:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105421. 
  83. Stasolla C, Katahira R, Thorpe T, Ashihara H (2003). "Purine and pyrimidine nucleotide metabolism in higher plants". J Plant Physiol 160 (11): 1271–95. PMID 14658380. doi:10.1078/0176-1617-01169. 
  84. Smith J (1995). "Enzymes of nucleotide synthesis". Curr Opin Struct Biol 5 (6): 752–7. PMID 8749362. doi:10.1016/0959-440X(95)80007-7. 
  85. "The biochemistry of drug metabolism—an introduction: part 1. Principles and overview". Chem Biodivers 3 (10): 1053–101. 2006. PMID 17193224. doi:10.1002/cbdv.200690111.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  86. Danielson P (2002). "The cytochrome P450 superfamily: biochemistry, evolution and drug metabolism in humans". Curr Drug Metab 3 (6): 561–97. PMID 12369887. doi:10.2174/1389200023337054. 
  87. "UDP-glucuronosyltransferases". Curr Drug Metab 1 (2): 143–61. 2000. PMID 11465080. doi:10.2174/1389200003339171.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  88. "Structure, function and evolution of glutathione transferases: implications for classification of non-mammalian members of an ancient enzyme superfamily". Biochem J 360 (Pt 1): 1–16. November 2001. PMC 1222196. PMID 11695986. doi:10.1042/0264-6021:3600001.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  89. "Exploring the microbial biodegradation and biotransformation gene pool". Trends Biotechnol 23 (10): 497–506. 2005. PMID 16125262. doi:10.1016/j.tibtech.2005.08.002.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  90. "Bacterial degradation of xenobiotic compounds: evolution and distribution of novel enzyme activities". Environ Microbiol 7 (12): 1868–82. 2005. PMID 16309386. doi:10.1111/j.1462-2920.2005.00966.x.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  91. Davies K (1995). "Oxidative stress: the paradox of aerobic life". Biochem Soc Symp 61: 1–31. PMID 8660387. doi:10.1042/bss0610001. 
  92. "Oxidative protein folding in eukaryotes: mechanisms and consequences". J Cell Biol 164 (3): 341–6. 2004. PMC 2172237. PMID 14757749. doi:10.1083/jcb.200311055.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  93. Sies H (1997). "Oxidative stress: oxidants and antioxidants" (PDF). Exp Physiol 82 (2): 291–5. PMID 9129943. doi:10.1113/expphysiol.1997.sp004024. 
  94. "The antioxidants and pro-antioxidants network: an overview". Curr Pharm Des 10 (14): 1677–94. 2004. PMID 15134565. doi:10.2174/1381612043384655.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  95. "Does microbial life always feed on negative entropy? Thermodynamic analysis of microbial growth". Biochim Biophys Acta 1412 (3): 191–211. 1999. PMID 10482783. doi:10.1016/S0005-2728(99)00065-1.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  96. "Thermodynamics and bioenergetics". Biophys Chem 97 (2–3): 87–111. 2002. PMID 12050002. doi:10.1016/S0301-4622(02)00069-8.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  97. Albert R (2005). "Scale-free networks in cell biology". J Cell Sci 118 (Pt 21): 4947–57. PMID 16254242. doi:10.1242/jcs.02714. 
  98. Brand M (1997). "Regulation analysis of energy metabolism". J Exp Biol 200 (Pt 2): 193–202. PMID 9050227. 
  99. "Signal transduction networks: topology, response and biochemical processes". J Theor Biol 238 (2): 416–25. 2006. PMID 16045939. doi:10.1016/j.jtbi.2005.05.030.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  100. 100.0 100.1 "Metabolic control". Essays Biochem 28: 1–12. 1994. PMID 7925313.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  101. "Modern theories of metabolic control and their applications (review)". Biosci Rep 4 (1): 1–22. 1984. PMID 6365197. doi:10.1007/BF01120819.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  102. "Physiological control of metabolic flux: the requirement for multisite modulation". Biochem J 311 (Pt 1): 35–9. 1995. PMC 1136115. PMID 7575476.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  103. Hendrickson W (2005). "Transduction of biochemical signals across cell membranes". Q Rev Biophys 38 (4): 321–30. PMID 16600054. doi:10.1017/S0033583506004136. 
  104. Cohen P (2000). "The regulation of protein function by multisite phosphorylation—a 25 year update". Trends Biochem Sci 25 (12): 596–601. PMID 11116185. doi:10.1016/S0968-0004(00)01712-6. 
  105. "How cells absorb glucose". Sci Am 266 (1): 86–91. 1992. PMID 1734513. doi:10.1038/scientificamerican0192-86.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  106. Roach P (2002). "Glycogen and its metabolism". Curr Mol Med 2 (2): 101–20. PMID 11949930. doi:10.2174/1566524024605761. 
  107. "Organizing glucose disposal: emerging roles of the glycogen targeting subunits of protein phosphatase-1" (PDF). Diabetes 49 (12): 1967–77. 2000. PMID 11117996. doi:10.2337/diabetes.49.12.1967.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  108. "Evolution of carbohydrate metabolic pathways". Res Microbiol 147 (6–7): 448–55. 1996. PMID 9084754. doi:10.1016/0923-2508(96)83998-2.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  109. Koch A (1998). "How did bacteria come to be?". Adv Microb Physiol. Advances in Microbial Physiology 40: 353–99. ISBN 978-0-12-027740-7. PMID 9889982. doi:10.1016/S0065-2911(08)60135-6. 
  110. "The emergence of major cellular processes in evolution". FEBS Lett 390 (2): 119–23. 1996. PMID 8706840. doi:10.1016/0014-5793(96)00631-X.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  111. "The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture". Proc Natl Acad Sci USA 104 (22): 9358–63. 2007. Bibcode:2007PNAS..104.9358C. PMC 1890499. PMID 17517598. doi:10.1073/pnas.0701214104.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  112. "Metabolites: a helping hand for pathway evolution?". Trends Biochem Sci 28 (6): 336–41. 2003. PMID 12826406. doi:10.1016/S0968-0004(03)00114-2.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  113. "Network analysis of metabolic enzyme evolution in Escherichia coli". BMC Bioinformatics 5: 15. 2004. PMC 394313. PMID 15113413. doi:10.1186/1471-2105-5-15.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help) "Evolution of enzymes in metabolism: a network perspective". J Mol Biol 320 (4): 751–70. 2002. PMID 12095253. doi:10.1016/S0022-2836(02)00546-6.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  114. "MANET: tracing evolution of protein architecture in metabolic networks". BMC Bioinformatics 7: 351. 2006. PMC 1559654. PMID 16854231. doi:10.1186/1471-2105-7-351.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  115. "Small-molecule metabolsim: an enzyme mosaic". Trends Biotechnol 19 (12): 482–6. 2001. PMID 11711174. doi:10.1016/S0167-7799(01)01813-3.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  116. "A metabolic network in the evolutionary context: Multiscale structure and modularity". Proc Natl Acad Sci USA 103 (23): 8774–9. June 2006. Bibcode:2006PNAS..103.8774S. PMC 1482654. PMID 16731630. doi:10.1073/pnas.0510258103.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  117. Lawrence J (2005). "Common themes in the genome strategies of pathogens". Curr Opin Genet Dev 15 (6): 584–8. PMID 16188434. doi:10.1016/j.gde.2005.09.007.  Wernegreen J (2005). "For better or worse: genomic consequences of intracellular mutualism and parasitism". Curr Opin Genet Dev 15 (6): 572–83. PMID 16230003. doi:10.1016/j.gde.2005.09.013. 
  118. "Chance and necessity in the evolution of minimal metabolic networks". Nature 440 (7084): 667–70. 2006. Bibcode:2006Natur.440..667P. PMID 16572170. doi:10.1038/nature04568.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  119. Rennie M (1999). "An introduction to the use of tracers in nutrition and metabolism". Proc Nutr Soc 58 (4): 935–44. PMID 10817161. doi:10.1017/S002966519900124X. 
  120. Phair R (1997). "Development of kinetic models in the nonlinear world of molecular cell biology". Metabolism 46 (12): 1489–95. PMID 9439549. doi:10.1016/S0026-0495(97)90154-2. 
  121. "How many genes are there in plants (... and why are they there)?". Curr Opin Plant Biol 10 (2): 199–203. 2007. PMID 17289424. doi:10.1016/j.pbi.2007.01.004.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  122. "From genomes to in silico cells via metabolic networks". Curr Opin Biotechnol 16 (3): 350–5. 2005. PMID 15961036. doi:10.1016/j.copbio.2005.04.008.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  123. "Systems analyses characterize integrated functions of biochemical networks". Trends Biochem Sci 31 (5): 284–91. 2006. PMID 16616498. doi:10.1016/j.tibs.2006.03.007.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  124. "Global reconstruction of the human metabolic network based on genomic and bibliomic data". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (6): 1777–82. February 2007. Bibcode:2007PNAS..104.1777D. PMC 1794290. PMID 17267599. doi:10.1073/pnas.0610772104.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  125. "The human disease network". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (21): 8685–90. May 2007. Bibcode:2007PNAS..104.8685G. PMC 1885563. PMID 17502601. doi:10.1073/pnas.0701361104.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  126. "The implications of human metabolic network topology for disease comorbidity". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (29): 9880–9885. July 2008. Bibcode:2008PNAS..105.9880L. PMC 2481357. PMID 18599447. doi:10.1073/pnas.0802208105.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  127. "Bow ties, metabolism and disease". Trends Biotechnol. 22 (9): 446–50. 2004. PMID 15331224. doi:10.1016/j.tibtech.2004.07.007.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  128. "The connectivity structure, giant strong component and centrality of metabolic networks". Bioinformatics 19 (11): 1423–30. 2003. PMID 12874056. doi:10.1093/bioinformatics/btg177.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help); Unknown parameter |citeseerx= ignored (help)
  129. "Hierarchical modularity of nested bow-ties in metabolic networks". BMC Bioinformatics 7: 386. 2006. PMC 1560398. PMID 16916470. doi:10.1186/1471-2105-7-386.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  130. "Metabolic engineering of beta-lactam production". Metab Eng 5 (1): 56–69. 2003. PMID 12749845. doi:10.1016/S1096-7176(03)00003-X.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help) "Metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum for the industrial production of 1,3-propanediol from glycerol". Metab Eng 7 (5–6): 329–36. 2005. PMID 16095939. doi:10.1016/j.ymben.2005.06.001.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help) "Metabolic engineering for microbial production of shikimic acid". Metab Eng 5 (4): 277–83. 2003. PMID 14642355. doi:10.1016/j.ymben.2003.09.001.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  131. "Metabolic engineering". Annu Rev Biomed Eng 1: 535–57. 1999. PMID 11701499. doi:10.1146/annurev.bioeng.1.1.535.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  132. Leroi, Armand Marie (2014). The Lagoon: How Aristotle Invented Science. Bloomsbury. pp. 400–401. ISBN 978-1-4088-3622-4. 
  133. Dr. Abu Shadi Al-Roubi (1982), "Ibn Al-Nafis as a philosopher", Symposium on Ibn al-Nafis, Second International Conference on Islamic Medicine: Islamic Medical Organization, Kuwait (cf. Ibn al-Nafis As a Philosopher, Encyclopedia of Islamic World [1])
  134. Eknoyan G (1999). "Santorio Sanctorius (1561–1636) – founding father of metabolic balance studies". Am J Nephrol 19 (2): 226–33. PMID 10213823. doi:10.1159/000013455. 
  135. Williams, H. S. (1904) A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences Harper and Brothers (New York) Retrieved on 2007-03-26
  136. Dubos J. (1951). "Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)—chance and the prepared mind". Trends Biotechnol 13 (12): 511–515. PMID 8595136. doi:10.1016/S0167-7799(00)89014-9. 
  137. "Vitalism and synthesis of urea. From Friedrich Wöhler to Hans A. Krebs". Am J Nephrol 19 (2): 290–4. 1999. PMID 10213830. doi:10.1159/000013463.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
  138. Eduard Buchner's 1907 Nobel lecture at http://nobelprize.org Accessed 2007-03-20
  139. Kornberg H (2000). "Krebs and his trinity of cycles". Nat Rev Mol Cell Biol 1 (3): 225–8. PMID 11252898. doi:10.1038/35043073. 
  140. "Untersuchungen über die Harnstoffbildung im tierkorper". Z. Physiol. Chem. 210: 33–66. 1932. doi:10.1515/bchm2.1932.210.1-2.33.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)
    "Metabolism of ketonic acids in animal tissues". Biochem J 31 (4): 645–60. April 1937. PMC 1266984. PMID 16746382. doi:10.1042/bj0310645.  Unknown parameter |vauthors= ignored (help)

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]