高通量组学技术简介ppt课件
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7
综合分析这些信息所反映的生物学意义,可了解生 物体代谢的规律。二维和多维的核磁共振技术Leabharlann Baidu 成为了代谢组学研究领域的重要技术。另外,NMR 技术还可以和色谱技术联用,充分发挥各自优势, 达到更为理想的分析效果。相关的高性能联用技 术将会用于小分子代谢物的定性与定量。
8
代谢组学的优势与劣势
9
蛋白质组学
11
蛋白质组学的研究内容主要有两方面:
结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。结构蛋白质 组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨 基酸序列分析及空间结构的解析。
蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础 内容,主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有 蛋白质的表征问题。
12
常规的方法是提取蛋白质,经分离形成一个蛋白质 组的二维图谱,通过计算机图像分析得到各蛋白质 的等电点、分子量、表达量等,再结合以质谱分析 为主要手段的蛋白质鉴定,建立起细胞或组织或机 体在所谓正常生理条件下的蛋白质图谱和数据库。
6
核磁共振技术
核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)是一 种基于具有自旋性质的原子核在核外磁场作用下, 吸收射频辐射而产生能级跃迁的谱学技术。其特 点为:不破坏样品的结构和性质,无辐射损伤;可在 一定的温度和缓冲液范围内选择实验条件,能够在 接近生理条件下进行实验;可设计多种编辑手段, 实验方法灵活多样。基于这种特点,核磁共振技术 对完整器官或组织细胞内许多微量代谢组分进行 检测,得到相应的生物体代谢物信息。
蛋白质组定义为一种基因组所表达的全部蛋白质。 因蛋白质组具有时空性和可调节性,蛋白质组的概 念实际指在特定时刻、特定环境和实验条件下基 因组所表达的全部蛋白质。
10
蛋白质组学的核心在于大规模地对蛋白质进行综 合分析,通过对某种物种、个体、器官、组织或细 胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、分布、 功能、丰度变化、翻译后修饰、细胞内定位、蛋 白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与疾病的关联 性)的研究,对蛋白功能做出精细和准确的阐述。 蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定 的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种 生理或病理状态中,发生的相应的变化。
高通量组学技术简介
2014-11-26
1
目录
代谢组学及其相关技术 蛋白质组学及其相关技术 糖组学及其相关技术 脂质组学及其相关技术
2
代谢组学
代谢物组学（metabolomics）是在后基因组学时 代兴起的一门跨领域学科，其主要目标是定量的 研究生命体对外界刺激、病理生理变化、以及本 身基因突变而产生的其体内代谢物水平的多元动 态反应。
4
色质联用技术已在代谢组学领域得到广泛应用,特 别是液质联用(LC-MS)、气质联用(GC-MS)以及毛 细管电泳-质谱联用技术(CE-MS)。LC-MS的应用涉 及毒理、植物代谢、遗传学、真菌的代谢等诸多 领域的不同类小分子物质的定性与定量。GC-MS要 求足够的蒸气压和被分析物的热稳定性好,特别对 极性物质的分析前要进行样品的衍生化处理。但 其高效、高选择性、高灵敏度、用量少和分析速 度快的优点是其得到广泛应用的主要原因。
14
亲和层析
亲和层析是利用分子生物学之间具有的专一性而设计的层 析技术。一些生物分子和其配基之间有特殊的亲和力,如 抗原与抗体、酶与底物、激素与受体等,他们在一定条件 下能结合为复合物。如果能将复合物中的一方固定在固相 载体上,就可以从溶液中专一性的提纯另一方。亲和层析 特异性强、简便且高效,对含量少又不稳定的活性物质更 为有效,并可得到高产率的纯化产物。
5
GC与TOF/MS以及四极杆质谱的联用在代谢组学的 研究中发挥了自身的优越性。CE-MS也是代谢组学 中强大的分析工具。Soga等分析了细菌代谢物经 三重CE分离后的近千种小分子物质,有利于代谢物 的系统性分析。此外,毛细管电色谱(capillary electrochromatography, CEC),与质谱的联用在 蛋白、多肽、氨基酸和糖类的分析中得到应用。
13
高效液相层析(HPLC)
虽然HPLC在蛋白组分析中未能广泛应用,但其作为 分离蛋白质的第一步,仍具有很好的前景。双向高 效液相层析(2D-HPLC)也是一种很好的蛋白质分离 纯化方法。其第一相根据分子大小分离蛋白质,第 二相是反向层析。2D -HPLC分离蛋白质的容量比 2-DE大,且速度快。而毛细管柱反相高效液相色谱 (RP-HPLC)也比2-DE快速、分辨率高[12]。目前, 又出现了将不同液相层析联合使用技术,称之为连 续液相层析,其大大提高了液相层析的效率
但是,由于并非所有的生物分子都具有特定的配基,只有那 些具有配基的生物分子才能用亲和层析分离,所以亲和层 析应用范围受到一定的限制
15
毛细管电泳
毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE) 技术是在高电场强度作用下,对毛细管内径 (5~10Lm)中的样品按分子质量电荷、电泳迁移率 等差异进行有效分离,包括毛细管区电泳(CZE,依 据不同蛋白质的电荷质量比差异进行分离)、毛细 管等电聚焦(CIEF,依据蛋白质等电点不同在毛细 管内形成pH梯度实现分离)和筛板-SDS毛细管电泳 (依据SDS-蛋白质复合物在网状骨架中迁移速率的 不同而实现分离)等技术,其优点是可实现在线自 动分析,可用于相对分子质量范围不适于2-DE的样 品,其缺点是存在对复杂样品分离不完全的现象
代谢物组学诞生于上个世纪末，由英国伦敦帝国 大学Jeremy Nicholson教授创立，之后得到迅速 发展并渗透到多项领域，比如疾病诊断、医药研 制开发、营养食品科学、毒理学、环境学，植物 学等与人类健康护理密切相关的领域。
3
常用技术手段
色谱-质谱联用技术
色谱是分离混合物的有效方法,但难以得到结构信 息,主要靠与标样对比来达到未知物结构的推定; 质谱法提供了丰富的结构信息,用样又是几种谱学 方法中用量最少的。因此色谱与质谱的结合,成为 分离和鉴定复杂样品的理想手段,这是单独采用色 谱、质谱所不及的,同时也不存在类似于NMR技术 灵敏度低、检测动态范围窄弱点,有较高的灵敏度 和专属性。
综合分析这些信息所反映的生物学意义,可了解生 物体代谢的规律。二维和多维的核磁共振技术Leabharlann Baidu 成为了代谢组学研究领域的重要技术。另外,NMR 技术还可以和色谱技术联用,充分发挥各自优势, 达到更为理想的分析效果。相关的高性能联用技 术将会用于小分子代谢物的定性与定量。
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代谢组学的优势与劣势
9
蛋白质组学
11
蛋白质组学的研究内容主要有两方面:
结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。结构蛋白质 组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨 基酸序列分析及空间结构的解析。
蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础 内容,主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有 蛋白质的表征问题。
12
常规的方法是提取蛋白质,经分离形成一个蛋白质 组的二维图谱,通过计算机图像分析得到各蛋白质 的等电点、分子量、表达量等,再结合以质谱分析 为主要手段的蛋白质鉴定,建立起细胞或组织或机 体在所谓正常生理条件下的蛋白质图谱和数据库。
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核磁共振技术
核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)是一 种基于具有自旋性质的原子核在核外磁场作用下, 吸收射频辐射而产生能级跃迁的谱学技术。其特 点为:不破坏样品的结构和性质,无辐射损伤;可在 一定的温度和缓冲液范围内选择实验条件,能够在 接近生理条件下进行实验;可设计多种编辑手段, 实验方法灵活多样。基于这种特点,核磁共振技术 对完整器官或组织细胞内许多微量代谢组分进行 检测,得到相应的生物体代谢物信息。
蛋白质组定义为一种基因组所表达的全部蛋白质。 因蛋白质组具有时空性和可调节性,蛋白质组的概 念实际指在特定时刻、特定环境和实验条件下基 因组所表达的全部蛋白质。
10
蛋白质组学的核心在于大规模地对蛋白质进行综 合分析,通过对某种物种、个体、器官、组织或细 胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、分布、 功能、丰度变化、翻译后修饰、细胞内定位、蛋 白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与疾病的关联 性)的研究,对蛋白功能做出精细和准确的阐述。 蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定 的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种 生理或病理状态中,发生的相应的变化。
高通量组学技术简介
2014-11-26
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目录
代谢组学及其相关技术 蛋白质组学及其相关技术 糖组学及其相关技术 脂质组学及其相关技术
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代谢组学
代谢物组学（metabolomics）是在后基因组学时 代兴起的一门跨领域学科，其主要目标是定量的 研究生命体对外界刺激、病理生理变化、以及本 身基因突变而产生的其体内代谢物水平的多元动 态反应。
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色质联用技术已在代谢组学领域得到广泛应用,特 别是液质联用(LC-MS)、气质联用(GC-MS)以及毛 细管电泳-质谱联用技术(CE-MS)。LC-MS的应用涉 及毒理、植物代谢、遗传学、真菌的代谢等诸多 领域的不同类小分子物质的定性与定量。GC-MS要 求足够的蒸气压和被分析物的热稳定性好,特别对 极性物质的分析前要进行样品的衍生化处理。但 其高效、高选择性、高灵敏度、用量少和分析速 度快的优点是其得到广泛应用的主要原因。
14
亲和层析
亲和层析是利用分子生物学之间具有的专一性而设计的层 析技术。一些生物分子和其配基之间有特殊的亲和力,如 抗原与抗体、酶与底物、激素与受体等,他们在一定条件 下能结合为复合物。如果能将复合物中的一方固定在固相 载体上,就可以从溶液中专一性的提纯另一方。亲和层析 特异性强、简便且高效,对含量少又不稳定的活性物质更 为有效,并可得到高产率的纯化产物。
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GC与TOF/MS以及四极杆质谱的联用在代谢组学的 研究中发挥了自身的优越性。CE-MS也是代谢组学 中强大的分析工具。Soga等分析了细菌代谢物经 三重CE分离后的近千种小分子物质,有利于代谢物 的系统性分析。此外,毛细管电色谱(capillary electrochromatography, CEC),与质谱的联用在 蛋白、多肽、氨基酸和糖类的分析中得到应用。
13
高效液相层析(HPLC)
虽然HPLC在蛋白组分析中未能广泛应用,但其作为 分离蛋白质的第一步,仍具有很好的前景。双向高 效液相层析(2D-HPLC)也是一种很好的蛋白质分离 纯化方法。其第一相根据分子大小分离蛋白质,第 二相是反向层析。2D -HPLC分离蛋白质的容量比 2-DE大,且速度快。而毛细管柱反相高效液相色谱 (RP-HPLC)也比2-DE快速、分辨率高[12]。目前, 又出现了将不同液相层析联合使用技术,称之为连 续液相层析,其大大提高了液相层析的效率
但是,由于并非所有的生物分子都具有特定的配基,只有那 些具有配基的生物分子才能用亲和层析分离,所以亲和层 析应用范围受到一定的限制
15
毛细管电泳
毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE) 技术是在高电场强度作用下,对毛细管内径 (5~10Lm)中的样品按分子质量电荷、电泳迁移率 等差异进行有效分离,包括毛细管区电泳(CZE,依 据不同蛋白质的电荷质量比差异进行分离)、毛细 管等电聚焦(CIEF,依据蛋白质等电点不同在毛细 管内形成pH梯度实现分离)和筛板-SDS毛细管电泳 (依据SDS-蛋白质复合物在网状骨架中迁移速率的 不同而实现分离)等技术,其优点是可实现在线自 动分析,可用于相对分子质量范围不适于2-DE的样 品,其缺点是存在对复杂样品分离不完全的现象
代谢物组学诞生于上个世纪末，由英国伦敦帝国 大学Jeremy Nicholson教授创立，之后得到迅速 发展并渗透到多项领域，比如疾病诊断、医药研 制开发、营养食品科学、毒理学、环境学，植物 学等与人类健康护理密切相关的领域。
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常用技术手段
色谱-质谱联用技术
色谱是分离混合物的有效方法,但难以得到结构信 息,主要靠与标样对比来达到未知物结构的推定; 质谱法提供了丰富的结构信息,用样又是几种谱学 方法中用量最少的。因此色谱与质谱的结合,成为 分离和鉴定复杂样品的理想手段,这是单独采用色 谱、质谱所不及的,同时也不存在类似于NMR技术 灵敏度低、检测动态范围窄弱点,有较高的灵敏度 和专属性。