代谢组学的研究方法和研究流程 PPT

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NMR
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核磁共振基本原理：当以射频照射外
磁场中的自旋核，且射频的能量正好等于 核磁矩不同取向的能级差时，低能级的核 将吸收射频跃迁致高能态 — 核磁共振现象。
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• 共振条件：
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2 )
检测及鉴定
数据分析与可 视化，建模与 仿真
固相微萃取 固相萃取 亲和色谱
气相色谱 液相色谱 毛细管电泳
光谱 质谱 核磁共振 电化学
生物信息学 化学信息学 化学计量学 计算生物学
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2020/3/26
代谢组学的研究流程
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结束
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GC-MS的基本流路图
GC
接口
MS
真空系统
数据处理
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GC-MS联用仪器
1.0 DEG/MIN
Sample
AD CB
AC
DB
HEWLETT PACKARD
5890
Gas Chromatograph (GC)
B
A
CD
Sample
Separation
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HEWLETT 5972A PACKARD
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质谱原理:质谱分析是一种测量离子荷质比
（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理 是使试 样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质 比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成 离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再 利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们 分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
代谢组学的研究方法和研究 流程
生物化学与分子生物学
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主要内容
• 定义 • 概述 • 特点 • 研究方法 • 研究流程
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定义
代谢组学（metabonomics）是指通过组群指标分 析，进行高通量检测和数据处理，研究生 物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化， 特别是对内源代谢、遗传变异、环境变化 乃至各种物质进入代谢系统的特征和影响 的学科。
• 其样品主要是动植物的细胞和组织的提取液。 • 主要技术手段是核磁共振（NMR）、质谱（MS）、色谱
（HPLC，GC），其中以NMR为主
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特点
关注内源化合物
对生物体系的小分子化合物进行定量定性研究
上述化合物的上调和下调指示了与疾病、毒性、 基因修饰或环境因子的影响
上述内源性化合物的知识可以被用于疾病的诊断 和药物筛选。
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• 优点：能够对样品实现非破坏性、非选择 性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩 尔范围定量有机化合物的技术。
• 缺点：灵敏度相对较低, 不适合分析低浓 度代谢物。
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代谢组学的研究流程
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代谢组学研究流程
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代谢组学各分析流程技术
样品的提取
自动进样 样品预处理
化合物的分离
2020/3/26
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目前最常用的分离分析手段是： 气相色谱与质谱联用(GC—MS) 液相色谱与质谱联wk.baidu.com(LC—MS) 毛细管电泳与质谱联用(CE—MS) 核磁共振(NMR)
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GC-MS
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气相色谱原理:气相色谱的流动向为惰性气体，
气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂 作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后， 由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时 间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸 附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进 入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下 来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色 谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录 下来。
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概述
• 代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体 内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的 相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。
• 其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。 • 先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是
代谢组学研究的基本方法。
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代谢组学的研究方法
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代谢产物分析4个层次
• 代谢物靶标分析。对个别特定组分分析。 • 代谢轮廓分析。对预设组分的分析。 • 代谢组学。特定样品中所有代谢物分析。 • 代谢指纹分析。比较代谢物指纹图谱。
真正意义的代谢组学研究。 预处理和检测技术需满足高 灵敏度、高选择性和高通量 的要求。需要对获得的数据 进行解析。
Mass Selective Detector
MS
Mass Spectrometer
A B C D
Identification
• 优点：集色谱法的高分离能力和质谱法的结构鉴
定能力于一体 ， 灵敏度高，可检测到大量低含量 的小分子代谢产物。
• 缺点：无法分析热不稳定性的物质和分子量较大
的代谢产物。
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