代谢组学概述选编.pptx

NMR-based metabolomics: where do we stand, where do we go?;基本概念;代谢组学（ Metabonomics ）:是后基因组时代的一个重 要的研究领域,它是关于定量描述生物体内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学,是系统生物学的重要组成部分。它通过对生物信息学的化学分析和处理,在生物学和生命科学领域中发挥着重要的作用。这些组学分别从调控生命过程的不同层面进行研究,使人们能够从分子水平研究生命现象、探讨生命的本质,逐步系统地认识生命发展的规律。而基于1H_NMR的代谢组学(1H-NMR-based metabonomics)是将NMR的检测技术与多元数据分析的模式识别方法有机地结合起来,形成一门研究生物体内源性代谢物的整体及内在或外在因素影响的科学。 其主要任务是定量检测内源性代谢物的整体及其动态变化规律并确定与之相联系的生物化学过程。 ;文章部分;文章部分; 样本中代谢物的种类可以说是相当的繁多，大致可以可以将其分为三类： A. 基因型（表观遗传）相关代谢物 B. 阶段性相关代谢物 C. 条件性（受所处环境或外在因素影响）相关代谢物； 但是，对于如肌肉收缩的瞬间及化学信号传导的途径的代谢物的变化，这些瞬间的快速变化，还是很难准确捕捉到的。相对来说过程性的代谢变化能够更清楚进行观察。对于瞬间的这一过程的代谢物质的变化的研究是代谢组学研究的一大挑战，运用同位素标记进行观察或许是不错的方法。 对于目前的研究大多只是集中于有机体的某一个部分或功能性器官，而非整体性的进行研究，相对的机体的某一部分也是由不同类型的细胞构成的，这些不同类型的细胞也有着各自的特殊代谢物和代谢模式。 代谢组学研究的终极目标是面向细胞水平甚至是亚细胞水平代谢物的动态变化。利用显微技术对细胞进行剥离对单细胞进行研究已经能够实现。 ;Dilatris pillansii单分泌腔显微成像;Is there an optimal analytical method?： 由于质谱法（MS）和核磁共振法（NMR）都是基于物理性质对化合物进行检测，不受外在因素的干扰，可重复性高，通常是首要的优选分析方法。MS和NMR也可以与色谱联合使用已达到更高的检测精度。例如：液相色谱（LC-MS、LC-NMR），气象色谱（GC-MS、GS-NMR）及固相萃取（LC-SPE-NMR）. 核磁共振是主要的分析方法，因为他快速简单，样本处理简单，并能够进行快速的大样本量的分析，但是与质谱法相比灵敏度较低。NMR目前已被用于质量控制、化学分类、遗传修饰的等价分析及环境或有机体之间相互作用的分析。 核磁共振在代谢组学方面研究中的应用已经相当广泛，目前已经鉴定出的化合物的种类已有30-150种。检测的灵敏度在10mg-50mg之间。 使用核磁共振成像（MRI）更能在不对样品进行任何处理（完整的组织样本）的的情况下进行检测分析。;NMR（核磁共振）原理: 原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电，因此原子核带正电荷，电荷数等于质子数。大多数原子核都围着某个自身轴作旋转运动，因此其本身所带正电荷就会形成环形电流，从而产生一种核磁矩。当以电磁波照射置于磁场中的这种原子核，则会发生某种频率能量的吸收。吸收后原子核能量发生变化，并发出核磁共振信号，这就是核磁共振现象。 核电荷绕磁场自旋运动产生轴向磁偶极子，这种角动量是用自旋量子数I表示，当I为奇数时，自旋存在；当原子核里面中子数量为偶数，质子数为奇数时，自旋也存在；原子核里面质子和中子的数量同为偶数时不存在核自旋。 因此，在构成有机物的三种重要元素1H、12C和16O中，只有1H才有可能发生核磁共振现象，研究中主要对1H核进行研究。其他种类的核磁共振谱还有13C、15N、19F、119Sn等核磁共振谱图。 在含有H元素的不同物质中，由于物质结构不同，所以H原子核所处的化学环境不同，而化学环境的不同就会导致核磁共振频率发生变化。核磁共振就是通过测量这些变化来确定物质的结构的。;核磁共振仪工作原理: ;Metabolite identification—核磁共振谱的解析：;图谱-结构信息;化学位移及其影响因素;（1）电子效应;（2）磁各向异性效应;双键化合物;（3）氢键效应;（4）溶剂效应;各类质子的化学位移;数据库比对分析;代谢组学;定义： 代谢组学（Metabonomics/ Metabolomics ）：通过考察生物体系（细胞、组织 或生物体）受刺激或