代谢组学：基于质谱的研究方法-张富昌
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二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
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三、发现代谢组学
1、发现代谢组学的概念
发现代谢组学主要是将对照组和实验组的代谢组（某一生物 体的全部代谢物）进行比对，以找出其代谢谱的差异。 发现代谢组学分析一般包括以下几个步骤： • 代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对照 样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物 • 鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢物的化学结构 • 解释，研究流程的最后一步，解释所发现的代谢物与生物 过程或生物状态之间的关联
代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民 西安交通大学 实用文档 2014年4月13日
内容提要
一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
实用文档
一、代谢组学基本知识
1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以 寻找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药物 研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
实用文档
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
实用文档
一、代谢组学基本知识
4、靶向代谢组学的一般流程
靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
实用文档
一、代谢组学基本知识
5、代谢组学的一般流程
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二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的 定量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用 于代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽 可能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分 离（气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
代谢物的一系列统计分析工具、帮助鉴定代谢物的代谢物数据库， 以及最终绘制分子间相互作用网络图的生物信息学软件等。
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组 合。气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛 细管。基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实 现分离。
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正 4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异 5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索 6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
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二、GC-MS和Lwk.baidu.com-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
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二、GC-MS和LC-MS
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱化 合物可能被低估甚至检测不到
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二、GC-MS和LC-MS
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三、发现代谢组学
2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
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一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
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一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用
二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
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三、发现代谢组学
1、发现代谢组学的概念
发现代谢组学主要是将对照组和实验组的代谢组（某一生物 体的全部代谢物）进行比对，以找出其代谢谱的差异。 发现代谢组学分析一般包括以下几个步骤： • 代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对照 样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物 • 鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢物的化学结构 • 解释，研究流程的最后一步，解释所发现的代谢物与生物 过程或生物状态之间的关联
代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民 西安交通大学 实用文档 2014年4月13日
内容提要
一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
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一、代谢组学基本知识
1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以 寻找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药物 研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
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二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
实用文档
一、代谢组学基本知识
4、靶向代谢组学的一般流程
靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
实用文档
一、代谢组学基本知识
5、代谢组学的一般流程
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的 定量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用 于代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽 可能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分 离（气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
代谢物的一系列统计分析工具、帮助鉴定代谢物的代谢物数据库， 以及最终绘制分子间相互作用网络图的生物信息学软件等。
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组 合。气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛 细管。基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实 现分离。
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正 4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异 5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索 6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
实用文档
二、GC-MS和Lwk.baidu.com-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱化 合物可能被低估甚至检测不到
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
实用文档
三、发现代谢组学
2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
实用文档
一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
实用文档
一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
实用文档
二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用