Jabarkan Investigasi dan manipulasi dari Metabolisme

Secara klasik, metabolisme dipelajari dengan pendekatan reduksionis yang berfokus pada lintasan metabolisme tunggal. Pendekatan ini menggunakan pelacak radioaktif pada tingkat organisme, jaringan, atau sel. Lintasan metabolisme dari prekursor hingga produk akhir didefinisikan dengan mengidentifikasi berbagai senyawa intermediat dan produk yang memiliki label senyawa radioaktif. Enzim-enzim yang mengatalisis reaksi-reaksi kimia dimurnikan sehingga kinetika dan responsnya terhadap inhibitor dapat dipelajari. Pendekatan paralel juga dilakukan untuk mengidentifikasi molekul-molekul kecil di dalam sel dan jaringan; serangkaian molekul lengkap ini dikenal dengan nama metabolom. Meskipun dapat memberikan gambaran yang baik tentang struktur dan lintasan metabolisme sederhana, studi ini tidak memadai ketika diterapkan pada sistem yang lebih kompleks, seperti metabolisme pada sebuah sel lengkap.

Kompleksitas jejaring metabolisme di dalam sel yang mengandung ribuan enzim berbeda dapat dilihat pada ilustrasi yang menampilkan reaksi 43 protein dan 40 metabolit: urutan genom pada gambar tersebut mengandung hingga 26.000 gen. Data genomika seperti ini dapat digunakan untuk mengonstruksi kembali jejaring reaksi biokimia yang lengkap dan menghasilkan model matematika yang lebih komprehensif untuk menjelaskan dan memprediksi bagaimana reaksi ini bekerja. Model ini ampuh ketika digunakan untuk mengintegrasikan data lintasan dan metabolit yang didapatkan melalui metode klasik dengan data ekspresi gen yang didapatkan dari studi proteomika serta DNA microarray Dengan teknik ini, model metabolisme manusia dapat dibentuk yang selanjutnya mengarahkan penemuan obat dan penelitian biokimia. Model ini juga digunakan dalam analisis jejaring untuk mengklasifikasikan penyakit manusia menjadi kelompok-kelompok berdasarkan kesamaan protein dan metabolit mereka.

Jejaring metabolisme bakteri adalah contoh yang sangat baik dari organisasi dasi kupu-kupu, suatu proses yang masukannya adalah berbagai nutrien yang sangat beragam dan keluarannya adalah berbagai produk dan makromolekul kompleks yang sangat bervariasi meskipun prosesnya hanya melibatkan senyawa intermediat yang jenisnya relatif sedikit. Rekayasa metabolisme merupakan penerapan teknologi paling utama dari informasi ini. Organisme seperti khamir, tumbuhan, dan bakteri direkayasa genetiknya agar mereka lebih berguna dalam proses bioteknologi dan produksi obat-obatan seperti antibotik atau produksi bahan kimia industri seperti etilena glikol dan asam sikimat.