代谢组学技术知识讲稿.ppt

代谢组学技术 及其在医学研究中的应用 ; 系统生物学（systems biology）是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。 ; 在后基因组(post-genome)时代, 系统生物学研究逐渐成为人们关注的焦点。系统生物学研究的目的是根据细胞内基因、蛋白质、代谢物以及细胞器等组分间的时空相互关系构建生物网络, 了解生物行为。 ; 一些组学研究技术的发展极大地推动了系统生物学的研究, 比如转录组学（transcriptomics）、蛋白质组学（proteomics）等功能基因组学（functional genomics,与结构基因组学structural genomics相对 )研究方法可同时检测药物、疾病、环境或其它因素影响下大量基因或蛋白质的表达变化情况, 但这些变化往往不能与生物学功能的变化建立直接联系。代谢组学(metabonomics／metabolomics)方法则可为代谢物含量变化与生物表型变化建立直接相关性。 ; 代谢组(metabolome)是指一个细胞、组织或器官中所有代谢物的集合, 包含一系列不同化学型的分子, 比如肽、碳水化合物、脂类、核酸以及异源物质的催化产物等。代谢组学(metabonomics／metabolomics)来源于代谢组一词,是研究一个细胞、组织或器官中所有小分子代谢组分集合的科学。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, 并且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。进行代谢组学研究涉及生命科学、分析科学以及化学统计学三大方面的专业知识。 代谢物化学分析技术及数据分析技术的发展极大促进了诸多生物、医学问题的研究, 这些知识的综合运用使得代谢组研究在疾病诊断、药理研究以及临床前毒理等研究中发挥了极为重要的作用。;1 代谢组学分析实验设计及样品制备; 代谢组学是一种大规模研究技术,对于研究外源性物质(药物或毒物)刺激、环境变化或遗传修饰引起的机体所有代谢物变化过程是很有效的, 比如寻找疾病生物标志物用于早期诊断。但对于研究特定种类的代谢物, 这种大规模研究平台的灵敏度则不如传???的技术手段。 ;2 代谢组学化学分析技术 ; 代谢组研究需要比较复杂的分离、鉴定方法, 到目前为止, 应用的方法主要包括核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR)、电喷雾电离质谱(electrosprary ionization mass spectrometry, ESI-MS)、液相色谱-紫外光谱-质谱联用(liquid chromatography ultraviolet massspectrometry, LC-UV-MS)、串联质谱(tandem massspectrometry, tandem MS)以及液相色谱-质谱联用(liquid chromatography mass spectrometry, LC-MS)等。 ; 1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布，他们发现了核磁共振。两人因此获得了1952年诺贝尔奖。核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场（处在无线电波波段）同时作用下，当满足一定条件时，会产生共振吸收现象。核磁共振很快成为一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。 ;核磁共振仪器组 ;; 早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等，后来广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。用核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。 ; 对于孤立的氢原子核（也就是质子），当磁场为1.4T时，共振频率为59.6MHz，相应的电磁波为波长5米的无线电波。但在化合物分子中，这个共振频率还与氢核所处的化学环境有关，处在不同化学环境中的氢核有不同的共振频率，称为化学位移。这是由核外电子云对磁场的屏蔽作用、诱导效应、共厄效应等原因引起的。同时由于分子间各原子的相互作用，还会产生自旋-耦合裂分。利用化学位移与裂分数目，就可以推测化合物尤其是有机物的分子结构。这就是核磁共振的波谱分析。 ;;;ATRP 聚酯大分子引发剂的300M核磁共振氢谱 ;核磁共振波谱查询数据库 ; 最早的核磁共振成像实验是由1973年劳特伯发表的，并立刻引起了广泛重视，短短10年间就进入了临床应用