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代谢组学的研究 体内药物分析 2019-10-31 代谢组学定义 通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。 2019-10-31 体内药物分析 代谢组学是20世纪90年代中后期继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。之后得到迅速发展并渗透到多项领域。 细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放，能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组（ metabolome )——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。 2019-10-31 为什么要研究代谢组学呢？ 体内药物分析 基本概念 2019-10-31 体内药物分析 系统生物学 基因组学 代谢组学研究目的 代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的含量。代谢组学分析可以指示细胞、组织或器官的生化状态，协助阐释新基因或未知功能基因的功能，并可以揭示生物各代谢网络间的关联性，帮助人们更系统地认识生物体。(举例） 研究对象：作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW1000） 2019-10-31 体内药物分析 代谢组学的优点(与基因组学和蛋白质组学等其他组学相比） 基因和蛋白表达的微小变化会在代谢物水平得到放大； 代谢组学的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签的数据库； 代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目，每个生物体中代谢产物大约在10³ 数量级,而最小的细菌,其基因组中也有几千个基因； 生物体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。 2019-10-31 体内药物分析 代谢组学研究步骤 提取 灭活 储存 样品采集和预处理 NMR MS GC-MS LC-MS 数据采集 滤噪 重叠峰解析 峰对称 峰匹配 标准化 归一化 数据预处理 非监督学习方法 有监督学习方法 数据库专家系统 数据分析 体内药物分析 2019-10-31 途径分析 标记物识别 生物样品收集与预处理 代谢组学研究常用的检测技术，一般不需要对标本特别分离、纯化 等，但须立即阻断内在酶的活性，常用方法： 冷冻/液氮降温法 冷冻、干燥 细胞间仍始终有低水平的代谢活动，需尽量避免氧化等活化因素 2019-10-31 体内药物分析 样品采集 常有样品：生物体液，包括尿液、血液、组织提取液及活体组织等 在代谢组学研究中，根据研究对象、目的和采用的分析技术不同，所需的样品提取和预处理方法各异。 代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇、己烷等)分别提取，获得水提取物和有机溶剂提取物，从而把非极性相和极性相分开，以便进行分析 2019-10-31 体内药物分析 生物样品预处理 代谢产物的变化对分析结果有较大的影响，在处理生物样本时要特别注意避免由于残留酶活性或氧化还原过程降解代谢产物、产生新的代谢产物 。 2019-10-31 1.微生物和细胞样本：迅速钝化代谢活动（淬灭），同时保持细胞不裂解 2.动物体液（如尿、血、组织、器官、唾液）：采样后要迅速预处理，如加入抗凝血剂、防腐剂，并立即冷冻处理。 3.植物样本：采集后迅速冷冻（液氮），冷冻保存。 4.血清样品：一定避免反复冻融。(血液收集在离心管中静置30分钟进行凝固。离心取上清装载干净的离心管中，再离心5分钟，冷冻保存。） 5.尿液样品：离心去沉淀，冷冻保存。 体内药物分析 数据采集（分析技术平台） NMR 非破坏性，无偏向性 预处理简单 灵敏度低分辨率不高 GC-MS 较高分辨率和检测灵敏度 有可供参考、对比的标准图谱库 需衍生化处理 不适用于热不稳定物质 LC-MS 不需要衍生化处理 适用不稳定，不易衍生化，不易挥发物质 费时，需纯参照物 体内药物分析 2019-10-31 核磁共振技术 原理：核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时所发生的共振吸收现象，是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术. 生命科学领域中常用的有三种：氢谱(1H-NMR)  碳谱(13C-NMR)  磷谱(31P NMR)  2019-10-31 体内药物分析 将准备好的生物标本直接上样检测即可。所得的 1H-NMR谱峰与样品中各化合物的氢原子对应,根据一定的规则或与标准氢谱比照可以直接鉴定出代谢物的化学成分,信号的相对强弱则反映了各成分的相对含量。不同样品的代谢物图谱有其特质性,可对这种特质性进行区分、鉴定。  氢谱(1H NMR) 2019-10-31 体内药物