代谢组学课堂知识总结

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1、代谢组学课堂知识总结吴江 13级生科三班130903030028代谢组学概念1. 代谢组学用高通量，高敏度，高精确度的现代分析仪器跟踪有机物。代谢组学主要研究的 是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物(MW1000)。在食品安全领域，利用 代谢组学工具发现农兽药等在动植物体内的相关生物标志物也是一个热点领域。其样品主要 是动植物的细胞和组织的提取液。主要技术手段是核磁共振(NMR)，质谱(MS)，色谱(HPLC， GC)及色谱质谱联用技术。通过检测一系列样品的NMR谱图，再结合模式识别方法，可以 判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物(biomarker)。2. 代

2、谢组学研究方法代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似，通常有两种方法。一种方法称作代谢物指纹 分析(metabolomic fingerprinting)，采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)的方法，比较不同血 样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物。从本质上来说，代谢指纹分析涉及比较不 同个体中代谢产物的质谱峰，最终了解不同化合物的结构，建立一套完备的识别这些不同化 合物特征的分析方法。另一种方法是代谢轮廓分析(metabolomic profiling)，研究人员假定 了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究。3. HPLC:高效液相色谱法(High Performance Li

3、quid Chromatography HPLC)又称“高压液相色 谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。高效液相色谱是色谱法的一 个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例 的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测 器进行检测，从而实现对试样的分析。4. GC:在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱-飞 行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。代谢组学的应用1. 代谢组学在微生物里的应用对微生物的分类及筛选及功能研究。微生物发酵。2. 代谢组学在药物研究及

4、疾病研究中的应用。通过动物体内的某种类型方法进行药物的筛 选。效果的测定的药物作用的机制及临床表现及其评价。3. 代谢组学在生活中的应用食品加工食品产生。气相色谱分析1.气相色谱分析(chromatography使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动 的(固定相)，另一相(流动相)携带混合物流过此固定相，与固定相发生作用，在同一推 动力下，不同组分在固定相中滞留的时间不同，依次从固定相中流出，又称色层法或者层析 法。按流动相可分为气相色谱(GC)和液相色谱(LC)2. GC是以惰性气体作为流动相，利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相间的分配系 数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱

5、柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次 (103-106)的分配(吸附一脱附一放出)由于固定相对各种组分的吸附能力不同(即保存 作用不同)，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离， 顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱 峰。试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度 变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号一一时间曲线或信号一一流动相体积曲 线，称为色谱流出曲线。3. 常用术语基线：在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距

6、离称为峰高(peak height)o用h表示。 峰与峰底之间的面积称为峰面积(peak area)，用A表示。峰的区域宽度：a、峰底宽WD = 4o=1.70 Wh/2 b、半高峰宽Wh/2=2.355o c、标准偏差峰宽 W0.607h=2o4. 气相色谱分析的主要特点:1 .高效能.2.高选择性.是指固定相对性质极为相似的组 份，如同位素，烃类的异构体等有较强的分离能力.主要通过选用高选择性的固定液. 3.高 灵敏度.指用高灵敏度的检测器可检测出 10-11 10-13克的物质.因此可用于痕量分 析.4.分析速度快.5.应用范围广.气相色谱法可以分析气体和易挥发的或可以转化为 易挥发的液

7、体和固体.也可以分析无机物.高分子，和生物大分子，而且应用范围正在日益 扩大！5. 气相色谱仪通常五部分I载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表。n进样系统：进样器、汽化室。m分离系统：色谱柱、控温柱箱。IV检测系统：检测器、检测室。v记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。液相色谱法1. 液相色谱法:就是用液体作为流动相的色谱法。1903年俄国化学家M.C.茨维特首先将液相 色谱法用于分离叶绿素。2. 原理和分类液相色谱法的分离机理是基于混合物中各组分对两相亲和力的差别。根据固定相的不同，液 相色谱分为液固色谱、液液色谱和键合相色谱。应用最广的是以硅胶为填料的液固色谱和以 微硅胶为基质

8、的键合相色谱。根据固定相的形式，液相色谱法可以分为柱色谱法、纸色谱法 及薄层色谱法。按吸附力可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱和凝胶渗透色谱。定性分析与定量分析。1. 定性分析就是对研究对象进行“质”的方面的分析。定性分析：分干法分析和湿法分析，前 者所用的试样不须制成溶液，如熔珠分析、焰色分析、原子发射光谱法、X射线荧光光谱分 析法等。2. 定量分析 指分析一个被研究对象所包含成分的数量关系或所具备性质间的数量关系；也 可以对几个对象的某些性质、特征、相互关系从数量上进行分析比较，研究的结果也用数 量”加以描述。色谱仪器的三个要素在使用气相色谱仪的过程应注意三个重要方面的因素：1. 气相

9、色谱仪使用气源的纯度要求必须在99.99%以上，2. 气相色谱仪气流比例的选择的因素 在使用气相色谱仪FID氢火焰离子检测器对样品进行 分析时，需要N2-H2-Air火焰被点燃后转化为富氧焰，3. 环境条件的因素气相色谱仪对温度环境的要求并不特殊，一般在535C的室温条件下即可满足操作要 求，对于湿度环境一般要求在20%85%为宜。色谱质谱联用技术1. 作为在线联用技术，最常用的是气相色谱、质谱(gas chromatography/mass spectrometry,GC/MS)和液相色谱、质谱(liquid chromatography/mass spectrometry,LC/MS)联

10、用技术。2. GC/MS应是色谱?质谱联用技术中首选的方法。在第一章中，重点讨论气相色谱?质谱联 用技术基本原理；气相色谱和质谱仪器及操作要点；数据采集与处理；谱库检索和典型应用 示例。3. LC/MS适用于极性、热不稳定、难气化和大分子的分离分析。第二章液相色谱?质谱联用 技术中，重点讨论ESI原理和与LC及MS的接口技术，有关方法、技术及最新发展结合在应 用实例中讨论。4. 色谱质谱联用优缺点:色谱是一种很好的分离手段，可以将复杂混合物中的各个组分分离 开，但是他的定性和结构分析能力较差，通常只是利用各组分的保留特性，通过与标准样品 或者标准图谱对比来定性，对完全未知的组分做定性就非常困难

11、。色谱与质谱联用就可以轻 松解决这些问题，并且增强测定的准确度和灵敏度。核磁共振1. 核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一 定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波 段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。2. 由于核磁共振是磁场成像，没有放射性，所以对人体无害，是非常安全的。据了解，目前 世界上既没有任何关于使用核磁共振检查引起危害的报道，也没有发现患者因进行核磁共振 检查引起基因突变或染色体畸变发生率增高的现象。3. 连续波核磁共振波谱仪CW-NMR如今使用的核磁共振仪有连续波（continal wave

12、，CW）及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。 连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器、放大器及记录仪等组成（见下图）。 磁铁用来产生磁场，主要 核磁共振仪示意图有三种：永久磁铁，电磁铁磁感应强度可高达24000 Gs（2.4 T），超导磁铁磁感应强度可高 达 190000 Gs（19 T）。4. 核磁共振对颅脑、脊髓等疾病是目前最有效的影像诊断方法，不仅可以早期发现肿瘤、脑 梗塞、脑出血、脑脓肿、脑囊虫症及先天性脑血管畸形，还能确定脑积水的种类及原因等。 而针对危害中国女性生命健康的第一大妇科疾患一乳腺癌，通过核磁共振精准筛查，可以帮 助发现乳腺癌早期病灶；而针对高血压、高血脂、高血糖

13、等三高人群，可以通过对头部及 心脏等部位的核磁检查，在身体健康尚未发出红灯警讯前，早期发现心脏病、脑梗等高风险 疾病隐患。此外，核磁共振还可进行腹部及盆腔的检查，如肝脏、胆囊、胰腺、子宫等均可 进行检查，腹部大血管及四肢血管成像可以明确诊断真性、假性动脉瘤，夹层动脉瘤及四肢 血管的各种病变。核磁共振对各类关节组织病变诊断非常精细，对骨髓、骨的无菌性坏死十 分敏感。最后有专家博士 Siuzdak博士对于代谢组学持乐观而现实的态度。“代谢组学还只是在初 生阶段”，他解释说，如果我们能够了解代谢产物的510%，就很幸运了。若是这样考 虑的话，现实就是，我们对这些分子的作用仍然一无所知。但是，相信随着其方法的不 断完善和优化，代谢组学研究必将成为人类更高效、准确地诊断疾病的一种有力手段。