代谢综述

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人参皂甙体内代谢综述

人参皂甙体内代谢综述

人参皂甙体内代谢综述方松学号:201261930人参又名人衔、棒锤,首载于《神农本草经》,被列为上品。

系五加科植物人参Pana ginseng C.A.Mey.的干燥根。

在我国的医药学中应用广泛,素有“中药之王”之称。

主要产于吉林省长白山一带,是我国“东北三宝”之一。

具有抗肿瘤、降血脂、促进细胞再生等多种生理活性。

现就人参皂甙在体内代谢作简要综述。

1、人参皂甙分类现代研究表明,人参中含有人参皂甙、多种氨基酸、糖类、低分子肽类、脂肪酸、有机酸、维生素B、维生素C、菸酸、胆碱、果胶、微量元素等。

皂甙是人参生物活性的物质基础,从其皂甙元母核结构上主要分为以下三大类:(1)以原人参三醇为母体的糖甙,以Rg1为代表,为人参的主要成分。

(2)以原人参二醇为母体的糖甙,以Rb1为代表,为西洋参的主要成分。

(3)以齐墩果醇酸为母体结构的五元环皂甙Ro。

2、人参皂甙的药理活性(1)对中枢神精系统的双向调节作用:人参能加强大脑皮质的兴奋过程和抑制过程,使兴奋和抑制二种过程达到平衡,使由于紧张造成紊乱的神经过程得以恢复,人参皂甙小剂量主要表现为对中枢的兴奋作用,大剂量则转为抑制作用。

从人参所含的有效成分分折、人参皂甙Rb类有中枢镇静作用Rg类有中枢兴奋作用。

(2)人参的适应原样作用:人参对物理的、化学的、生物的各种有害刺激有非特异性的抵抗能力,可以使紊乱的机能恢复正常、主要表现为对血压、肾上腺、甲状腺机能和血糖等方面的双向调节作用。

(3)对免疫功能的用作:人参能增强机体的免疫功能。

在临床上人参主要用于休克、冠心病、心律失常、贫血、白细胞减少症、充血性心力衰竭,还常用于慢性阻塞性肺病、糖尿病、肿瘤、血小板减少性紫癜、早衰、记忆力减退等辅助治疗。

3、Rg1的体内代谢早在1983年,日本学者Odani等在无菌大鼠灌胃实验中发现,原人参三醇型皂甙Rg1在胃肠道中的直接吸收率非常低。

同时研究了Rg1在大鼠的胃、大肠和盲肠中的代谢产物。

植物此生代谢产物

植物此生代谢产物

植物次生代谢物综述班级:09农学(2)班姓名:学号:植物次生代谢物综述植物次生代谢( secondary metabolism)是由初生代谢( p rimary metabolite) 派生的一类特殊代谢过程,是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。

近来的研究发现,植物次生代谢物在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的。

例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等。

随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。

植物次生代谢物的产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。

目前其分类方法主要有如下三种: ①根据化学结构不同,分为酚类、萜类和含氮有机物等; ②根据结构特征和生理作用不同,生物碱与植物毒素等; ③根据其生物合成的起始分子不同,分为萜类、生物碱类、苯丙烷类及其衍生物等三个主要类型。

笔者将按第三种分类方法对其物质种类、代谢类型等方面的研究进展进行概述。

1萜类化合物萜类化合物(perpenoid)是所有异戊二烯聚合物及其衍生物的总称,以异戊烷五碳类异戊二烯为基本单位,又称类异戊二烯( isop renoid) ,以侧链重复连接方式递增,分开链类和环萜类两种。

开链型类萜的分子组成通式为(C5H8 ) n ,包括半萜(C5 ,即含一个异戊二烯单位, n = 1) 、单萜(C10 , n = 2) 、倍半萜(C15 , n = 3) 、双萜(C20 , n = 4) 、三萜(C30 , n =6) 、四萜(C40 , n = 8) 、多萜( > C40 , n > 8)及杂萜(含异戊二烯侧链)等。

环萜型类萜因分子内碳环数的不同,可分为单环萜、双环萜、三环萜等。

人体生理机能综述

人体生理机能综述

人体生理机能综述一、背景介绍人体是一个复杂而精密的生物系统,各个器官和系统相互配合,共同维持着正常的生理机能。

在人体内,有许多重要的生理过程和机制不可或缺。

本文将对人体的一些主要生理机能进行综述,包括呼吸、消化、循环、代谢等方面。

二、呼吸系统呼吸是人体获取氧气并排出二氧化碳的重要过程。

该过程包括外呼吸和内呼吸两个阶段。

外呼吸发生在肺部,通过气管和支气管将空气输送到肺泡中,并通过肺泡膜与血液中的红细胞进行氧气交换。

内呼吸发生在细胞水平上,通过线粒体内部发生的细胞呼吸过程将营养物质转化为能量,并释放出二氧化碳。

三、消化系统消化是将食物转化为身体所需营养物质的过程。

它从口腔开始,通过咀嚼、咽喉以及食道进入胃部,在胃中被分解成较小的颗粒。

然后,食物在小肠中继续消化,并通过肠壁吸收营养物质进入血液循环中。

不可消化的残渣物被推送到大肠以进行进一步水分吸收和形成粪便。

四、循环系统循环系统由心脏、血管和血组成,起到输送氧气和营养物质至全身各个部位的作用,并携带代谢产物和二氧化碳返回肺部排出体外。

人体的心脏是一个强有力的泵,通过舒缩功能推动血液流动。

在体内,动脉将含有氧气和营养物质的血液从心脏输送到全身各个细胞,而静脉则将含有代谢产物和二氧化碳的血液运回心脏。

五、代谢过程代谢是指人体对外界物质进行转化并维持生命活动所需能量的过程。

其中包括两类基本代谢方式:即有氧代谢与无氧代谢。

有氧代谢需要有足够的氧气参与,通过线粒体内发生的呼吸链反应将营养物质转化为能量。

无氧代谢则在缺氧状态下,通过乳酸发酵或其它代谢途径产生能量。

六、泌尿系统泌尿系统是人体排泄废物的系统,包括肾脏、输尿管、膀胱和尿道。

肾脏是该系统的核心器官,通过过滤血液中的废物和多余水分,并生成尿液。

尿液由输尿管输送到膀胱,在储存一段时间后通过尿道排出体外。

七、神经系统神经系统是人体内部信息传递的主要机制之一,包括中枢神经系统(大脑和脊髓)和周围神经系统(神经纤维和周围神经)。

药物代谢动力学的综述与展望

药物代谢动力学的综述与展望

药物代谢动力学的综述与展望药物代谢动力学是药物学领域的重要内容之一,是研究药物在体内代谢与消除过程的科学,对于正确认识药物在体内的药效、毒性、药代动力学和药效动力学等方面具有重要作用。

本文将对药物代谢动力学的综述与展望进行探讨。

一、药物代谢药物代谢是指药物在体内发生化学反应,转化成代谢产物并被排除出体外的过程。

药物经过口服或其他途径进入体内后先通过吸收、分布和代谢的过程,最终从体内排出,药物代谢的主要有两个通路:肝脏代谢和肾脏排泄。

其中,肝脏代谢是最主要的代谢路径。

二、药物代谢动力学药物代谢动力学主要研究药物在体内代谢的过程,其中包括药物的吸收、分布、代谢和排泄等方面。

药物代谢动力学的研究主要依靠药物代谢动力学模型来进行。

1.药物代谢动力学模型药物代谢动力学模型是描述药物在体内代谢过程的数学模型。

目前,包括生物利用度模型、双室模型、多室模型和生物等效性模型等在内的多种药物代谢动力学模型被广泛地应用于药效学和药理学方面的研究。

2.药物代谢动力学参数药物代谢动力学参数包括半衰期、清除率、生物利用度等。

这些参数能够反映药物在体内代谢的速率、血药浓度和药物消退时间等重要信息,对于药物的临床应用和疗效评价具有重要意义。

三、药物代谢动力学的影响因素药物代谢动力学的影响因素主要包括药物特性、遗传因素和环境因素等几个方面。

1.药物特性药物的分子大小、电荷、脂溶性和亲水性等特性会影响药物对体内代谢酶和转运蛋白的亲和力,从而影响药物的代谢速度。

2.遗传因素代谢酶基因的多态性是影响药物代谢的遗传因素之一。

不同的基因型可能导致药物代谢酶表达量和功能的变异,这会影响药物的代谢速度和药效。

3.环境因素药物代谢还受到环境因素的影响。

例如饮食习惯和服药时间等因素会影响药物在体内的代谢和消除速率,从而影响药效和药物毒性。

四、药物代谢动力学的展望近年来,随着分子生物学、生物技术和计算机科学等学科的发展,药物代谢动力学的研究逐渐进入了一个全新的阶段。

运动与自由基代谢综述

运动与自由基代谢综述

14运动与自由基的研究发展于20世纪80年代,是影响运动人体科学的重要成果之一,是科研工作者分子水平研究疲劳发生发展的重要里程碑。

自由基的学说尽管目前无法完全解释运动疲劳现象,但它成为很多疲劳理论中极具影响力的学说之一,当然这个学说还需要更多科研工作者进行深入研究。

现对运动、自由基方面的研究进展予以综述,为研究者提供参考。

1 自由基运动1.1 自由基的生物学简介自由基(FR)又称游离基,是指外层电子轨道含有不对称电子的原子、原子团或分子。

体内氧自由基是自由基活动的主要部分,自由基化学性质活泼,较易得到或失去电子而进行氧化还原反应。

它可与各种生物大分子进行反应,改变和损伤生物大分子的空间结构、功能。

正常机体内都存在着一整套清除自由基的体系,使机体处于自由基清除和产生的动态平衡之中。

故自由基的产生不会引起机体组织的异常和损伤。

现在已知的自由基抵抗体系主要包括谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)以及维生素E、C-胡萝卜素等抗氧化剂。

一般而言,随着体内自由基增多,机体SOD等抗氧化系统的活力随之增加,以防产生更多的自由基损伤机体。

但因异常原因导致自由基异常增多时,即可出现明显的自由基损伤,细胞功能严重下降,甚至导致细胞、器官及机体的死亡。

比如肿瘤、衰老、炎症等器官的损伤。

1.2 运动中自由基的形成研究发现,在自由基中氧自由基是与运动关系最为密切的。

运动时,氧自由基的增加是导致运动性疲劳发生的一个重要因素。

运动时多不饱和脂肪酸最易受氧自由基攻击,众所周知多不饱和脂肪酸是构成细胞膜系统的重要成分,当人体内氧自由基含量增加时,就会与生物膜中的多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应。

细胞膜的脂质过氧化结果是使膜的流动性、液态性改变,膜上的受体、酶以及离子通道受损,内质网结构改变,甚至破坏三羧酸循环的电子传递,最终导致运动性疲劳的发生。

1978年迪拉德等研究发现,人以50%最大摄氧量负荷蹬踏功率自行车1小时后,呼出的气中戊烷或脂质过氧化物含量显著增加。

代谢调节综述PPT幻灯片

代谢调节综述PPT幻灯片
代谢调节的内容及重要性
生物体内存在着相互联系,错综复杂的代 谢过程。如果体内不存在调节和控制,各种 代谢就会变得杂乱无章,生物也就不能存活。 实际上,生物体内存在着调节控制,控制各 种代谢有条不紊地进行。
代谢调节的内容
生物体内的代谢调节,在四种不同水平上进行。
酶的调节 激素的调节 神经的调节
某些物质可以诱导细胞内产生诱导酶,这种作 用叫做酶的诱导生成作用。
诱导酶:是指当细胞中加入特定诱导物后诱导 产生的酶,它的含量在诱导物存在下显著增高, 这种诱导物往往是酶底物的类似物或底物本身。
诱导酶的例子
例:E.coli 可利用多种糖为碳源,当利用
乳糖做碳源时,需要一个关键性的酶,β半乳糖苷酶,这个酶可将乳糖水解为半乳 糖和G。而用乳糖作碳源时,开始E.coli几 乎不能利用,1-2分钟后,此酶迅速增加上 千倍。这是新的酶分子的合成,而不是原 有酶分子的活化,它是由乳糖诱导生成的。 因此,β-半乳糖苷酶是个诱导酶。
启动基因(promotor):(在调节基因和操纵基因之间), 有RNA聚合酶的结合部位,启动DNA转录。
结构基因(Structural gene):可以转录出mRNA合成酶蛋白, 决定蛋白质中的氨基酸顺序,或决定mRNA中核苷酸顺序 的基因。
调节基因(regulator):负责阻遏蛋白的合成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(三) 别构调节
别构调节allosteric regulation:酶分子的非催化部位 与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变, 进而改变E活性状态,称为E的别构调节。
操纵子:在原核生物的DNA分子的不同区域分布着一 个调节基因和一个操纵子,一个操纵子包括一个操纵 基因,一群功能相关的结构基因,以及在调节基因和 操纵基因之间专管转录起始的启动子(基因)。

乳酸代谢综述解析

乳酸代谢综述解析

乳酸代谢综述解析一、乳酸的产生乳酸是在无氧条件下,由葡萄糖或糖原酵解产生的。

当肌肉收缩而使ATP浓度减少时,丙酮酸就释放所储存的能量,供ADP合成为ATP,同时生成乳酸。

这是动物体内ATP形成的一个途径。

当肌细胞中的ATP浓度过高时,肌细胞中的ATP可将其中的特殊化学键转移给丙酮酸,生成乳酸,因此,乳酸是糖酵解的产物。

二、乳酸在细胞内的代谢过程在细胞内,乳酸可以进一步氧化为丙酮酸,这是由存在于细胞内的乳酸脱氢酶催化完成的。

这个过程需要NAD+作为氢的受体。

丙酮酸然后可参与糖异生过程,产生葡萄糖供组织利用。

三、乳酸在细胞外的代谢过程细胞外的乳酸可以通过血液循环进入肝脏,在那里由肝细胞摄取。

肝细胞内的乳酸可以在乳酸脱氢酶的催化下,接受NADH+H+供的氢,而被还原为丙酮酸。

此反应可逆,当氧气充足时,乳酸可将其中的特殊化学键转移给NAD+生成NADH+H+。

四、乳酸的排泄在某些组织中,如皮肤和骨骼肌,乳酸可以通过排泄而离开机体。

此外,当血液流经肾脏时,一部分乳酸可以被排泄出体外。

五、乳酸对机体的影响乳酸在机体内可以作为一种能量来源,尤其在缺氧的情况下。

此外,乳酸还可作为神经递质,影响中枢神经系统的功能。

然而,当体内乳酸浓度过高时,会导致酸中毒,影响机体的正常生理功能。

六、乳酸在疾病中的作用某些疾病如糖尿病和癌症,会导致乳酸的产生和排泄失衡。

这些疾病可能影响机体对糖的利用和氧气的摄取,从而导致乳酸的产生增加。

研究乳酸在疾病中的作用可以为疾病诊断和治疗提供新的思路。

七、乳酸与运动的关系在运动过程中,由于肌肉收缩和氧气供应不足,会导致乳酸的产生增加。

高强度或长时间的运动会导致血液中乳酸浓度的升高,这可能导致疲劳。

因此,对于运动员来说,理解和控制乳酸的产生和代谢是非常重要的。

同时,乳酸也是评价运动强度的指标之一。

神经节苷脂代谢途径和功能的综述

神经节苷脂代谢途径和功能的综述

神经节苷脂代谢途径和功能的综述神经节苷脂代谢途径是指神经系统中关键的一类脂类分子,它们在神经组织中发挥重要的功能,参与多种神经疾病的发生和发展。

本文旨在对神经节苷脂代谢途径和功能进行综述,包括其生物合成、降解及调节等方面的内容,以期为相关领域的研究提供参考。

一、神经节苷脂的定义神经节苷脂是一类糖脂复合物,其主要成分为神经酰胺和糖苷鞘脂,分子结构具有双层脂质,通常存在于神经系统的细胞膜表面。

神经节苷脂可以分为多种类型,如硫酸鞘脂、葡萄糖鞘脂、半乳糖鞘脂等。

二、神经节苷脂的生物合成神经节苷脂的生物合成主要分为两个途径:一是拼接途径,将糖苷鞘脂和神经酰胺分别由鞘脂基转移酶合成;二是酯化途径,将神经酰胺与脂肪酸酯化合成复合物。

神经节苷脂的生物合成受多种因素影响,如基因表达调节、信号转导通路、细胞状态等。

三、神经节苷脂的降解神经节苷脂的降解主要发生在内酯酶水解和酸性水解过程中。

内酯酶能够将神经苷脂分子催化为酯化物,再通过酸性水解将其降解。

其中产生的酸性水解产物能够形成多种代谢产物,如神经酰胺、半乳糖、葡萄糖等,从而维持神经节苷脂的稳定性。

四、神经节苷脂的功能神经节苷脂在神经系统中具有多种功能,包括细胞存活、信号传递、神经元发生、成长及不同类型的附着等。

由于其与多种神经系统相关的疾病的发生和发展有关,因此发展适当的调节策略和治疗手段是当前研究的主要方向。

五、神经节苷脂在神经疾病中的作用神经节苷脂在神经疾病中发挥着重要作用。

例如,阿尔茨海默病的患者在脑组织中表现出神经酰胺和糖苷鞘脂代谢不平衡的现象,而巨细胞滑膜炎和黑色素瘤患者则主要表现为硫酸鞘脂代谢异常。

因此,调节神经节苷脂的代谢和功能,对于预防和治疗多种神经系统相关的疾病具有潜在的意义。

六、结语神经节苷脂是神经系统能够正常发挥功能的重要脂类分子,其生物合成、降解及调节等过程存在着复杂的调控网络。

在研究神经疾病的发生和发展机制中,神经节苷脂代谢途径和功能的解析是一个必要而重要的任务。

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文献31 代谢组学的发展历史和精髓代谢是生命活动中所有(生物)化学变化的总称。

代谢活动是生命活动的本质特征和物质基础。

因此,对代谢物的分析向来就是研究生命活动分子基础的一个重要突破口。

生物代谢的系统化科学研究始于18世纪末到19世纪早中期,经过半个多世纪的努力,人们对代谢活动的物质基础和化学本质有了较为详尽的认识。

这些科学研究均以经典“还原论”为研究哲学基础,对代谢途径或者其中的某些环节进行了“各个击破”的详尽研究,充分认识了各代谢途径或环节的分子机理。

然而,孤立的代谢途径或环节是不存在的。

伴随着21世纪的来临,对生物体系的认识需要从整体(或系统)水平进行,随之而诞生了系统生物学的思想。

这种研究哲学的转变引发了近两百种所谓“组”和“组学”思想和概念的出现。

所谓代谢组是指生物体内源性代谢物质的动态整体。

然而,传统的代谢概念既包括生物合成也包括生物分解,因此理论上代谢物包括核酸、蛋白质、脂类以及其他小分子代谢物质。

但为了有别于基因组、转录组和蛋白质组,代谢组目前只涉及相对分子质量约小于1000的小分子代谢物质。

代谢组学是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学。

代谢组学的中心任务包括检测、量化和编录生物内源性代谢物质的整体及其变化规律,联系该变化规律与所发生的生物学事件或过程的本质。

在基因组学、转录组学和蛋白质组学等概念存在的同时,为什么还需要代谢组学的概念呢?首先,这是因为对生物体系而言,基因、转录子和蛋白质的存在为某生物学事件或过程的发生奠定了物质基础,但这个事件或过程有可能不发生;而代谢物的存在反映生命过程中己经发生了的生物化学反应,其变化正是对该生物事件或过程的反映。

其次,绝大多数生物由宿主和与之共进化而共生的客体共同组成,是所谓的超级生物体。

譬如,一个健康的人体由人体和与之共生的菌群两部分组成。

因此,研究人体显然需要对人本身、菌群及其相互作用等在系统水平对所发生的生物事件进行整体性认识。

但是,体内菌群中菌种繁多而且多数暂时无法进行体外培养,对这个共生体仅仅从基因组和蛋白质组水平进行研究,有必然的困难和方法上的不足。

况且仅肠道菌群的细胞数量和基因组规模均至少为人体的10倍!因此,仅仅研究宿主本身的基因或细胞,最多只能认识正常人体的一小部分。

而人体的整体代谢活动包括宿主机体本身的代谢、寄生菌群的代谢、两者的共代谢以及两者代谢物质交换引起的变化,建立这些生命活动的相互联系才可能完成所谓“系统水平的认识”。

尿液和血液代谢组包含了人体内每一个细胞的代谢信息(包括宿主和菌群),也包含了宿主和菌群代谢活动的相互作用,人体尿液和血液代谢组也携带着宿主和菌群基因组成、调控和表达状态,以及蛋白质功能体现等等信息。

因而,对该系统代谢组的分析也是对基因组、转录组和蛋白质组水平研究生物系统的一个重要补充。

事实上,近来人们己经使用代谢组学方法研究宿主和菌群代谢的相互作用,证实了其可行性,而且已逐渐成为一个引人注目的研究热点。

如今,以代谢组学为基础的全局系统生物学(globalsystemsbiology)思想已经诞生而且正处于快速发展阶段。

文献8代谢组学技术的原理代谢组学利用波谱或光谱学方法对生物体液及组织中的代谢产物进行监测,将所得数据通过多元统计分析和模式识别方法进行分析,了解由外源性物质和药物的作用而引起的内源性代谢产物的变化,并将这种变化与核磁共振谱或质谱的谱图模式对应起来,从而找出外源性物质作用的靶器官和作用位点,进而确定与之相关的生物标记物,确定药物或毒物作用机制,进行毒性分类和筛选文献21 代谢组学的研究技术和方法先进的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。

完整的代谢组学分析的流程包括样品的制备、样品分析和数据的解析。

样品的制备包括样品的采集和预处理。

与原有的各种组学技术只分析特定类型的化合物不同,代谢组学所分析的对象的大小、数量、官能团、挥发性、带电性、电迁移率、极性等物理化学参数差异很大,要对它们进行无偏向的全面分析,单一的分离分析手段难以胜任。

核磁共振(NMR)、色谱-质谱联用等是最常用的分析方法,这2种方法各具特点,互为补充。

NMR[’一‘,s一’OJ具有不破坏样品的显著特点,同时没有偏向性,对所有化合物的灵敏度相同,且可提供化合物的结构信息;近年随着电喷雾等软电力技术的出现,质谱越来越多地应用于多肤和蛋白等生物样本分析中〔’‘一’礴〕。

同样,质谱也适用于生物小分子的分析,特别是气一质联用(GC/MS)、液一质联用(LC/MS)和电泳一质谱联用(CE/MS)等联用技术,是对代谢物逐一定性定量时不可缺少的手段,而且在进行相对分子质量测定及分子式推算时,质谱是无可取代的。

另外红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、发射性检测、光散射等分离分析手段及其组合都出现在代谢组学的研究中;面对大量、多维的数据信息,如何计算处理,充分抽提所获得的数据中的潜在信息,是代谢组学研究的重要内容。

对数据的分析需要应用一系列的化学计量学方法。

主成分分析(PCA)将高维数据降维,并将数据投影变换到变异最大的主轴上,从而提取出数据集的特征,这种方法简便易懂,是目前代谢组数据处理的主要方法〔‘2一’4〕。

神经网络等智能分类算法也被应用于代谢物组数据处理中[8]。

还有研究者应用统计实验设计和偏最小二乘法对代谢物组分析信号进行处理〔”〕,或用层次聚类分析和K一最近邻的方法对19种毒性物质的NMR分析数据分类,成功地分辨了空白组、肝毒性组、肾毒性组和其他作用组〔’‘了,根据不同的数据类型和研究目标,代谢组学可以采用各种模式识别/多元统计分析技术和方法〔‘]。

文献32 代谢组学的研究方法体液中的代谢物质与细胞、组织和整体水平的生物化学状态密切相关。

正常状态下机体中的代谢物组成处在一个动态的平衡当中。

当机体受到毒性物质、代谢障碍或者生理因素的影响时,在细胞、组织,甚至整体水平会发生代谢的变化应答,导致代谢物种类和浓度的变化。

出现异常时,生物体液的组成就会产生变化。

代谢组学就是通过检测代谢物水平的整体和动态变化,提取相关的生物代谢标志物群体或标志物簇(biomarker。

lusters),在此基础上寻找所受影响的相关代谢途径或环节,从中上推寻找相关蛋白质组的对应变化,确立代谢网络调控机制,进而联系和认识转录组与相关的调控基因功育旨。

代谢物整体水平的检测分析:必须依赖分析化学中的各种谱学技术,包括磁共振波谱、质谱、色谱、红外和拉曼光谱、紫外—可见光谱等及其偶合联仪方法获取代谢组数据;利用分析化学中的化学计量学或化学信息学的研究方法将数据进行统计和归类分析,从而提取代谢特征或代谢时空的整体变化轨迹。

因此,分析化学在代谢组学研究中具有基础性的重要作用。

需要特别指出的是,代谢组学属于整体认识的思想,所强调的代谢特征或代谢时空整体变化,不是传统意义上的某种代谢物或少数几种代谢物含量和存在方式的变化,因此,常常需要采用多变量统计分析方法。

另外,通过代谢组变化获取的“生物标志物簇”也只是代谢组学研究的一个初级阶段性目标,而建立代谢特征或代谢时空变化规律与生物体特性变化之间的有机联系,才是代谢组学研究的根本目标。

面对如此繁多的分析检测方法,实际研究工作中如何进行选择呢?回答这个问题就必须对分析方法的优缺点进行系统分析。

对于代谢组这样复杂的系统,理想的检测分析方法必须具备同步检测的无偏向性、不依赖检测者的客观性、良好的分辨率和重现性、高灵敏度和系统或整体性、分子结构信息的丰富性和原位定量研究的可行性、样品制备的简易性和高通量分析可操作性、较低的先验性、知识依赖性、活体或原位检测分析的可能性和便捷性、劳动力低耗性、重复回头检测率低、较低的每个样品检测分析成本,等等。

现有的分析方法基本上可以归为三类:色谱-质谱联仪方法、磁共振波谱法和色谱-核磁-质谱联仪法。

色质联仪法总体来说具有良好的客观性和分辨率,一次性仪器购置投资相对较少,但该方法属于有偏向选择性检测方法,需要对样品有介入性和破坏性而不利于在体和原位分析;需要对样品进行较为复杂的制备而通量有限;对代谢组中各代谢物的原位定量十分繁琐;未知代谢物的定性(结构确定)有相当的难度。

目前从重现性等角度看,超高效液相色谱-质谱和气相色谱-质谱方法有一定的优势。

随着方法学的发展,该方法应该还会有较大的改进空间。

其中,色谱的分辨率和色谱柱进样前后的稳定性或重现性、质谱中对不同代谢物质的离子化效率以及离子化抑制问题对代谢物定量的影响,以及未知代谢物定性(确定结构)等方面问题,都亟待解决。

磁共振波谱法的优点包括:良好的客观性和重现性,因而便于不同实验室之间数据的交换和比较;样品不需要繁琐处理,可在接近生理条件下进行实验;具有无创性,不破坏样品的结构和性质,因而便于活体、原位的动态检测;代谢组中代谢物质的响应系数相同,因此可以进行一次性同步、无偏向的检测而且具有良好的原位定量效果;检测具有优异的重现性,其信号携带着原子之间连接关系、动力学性质和相互作用等丰富的分子信息,便于确定未知代谢物质的结构和性质;可以对细胞和组织等进行原位无创的检测分析而不受样品具体形态的限而且具有较高的通量和较低的单位样品检测成但它的缺点是检测灵敏度相对较低,采用现有制本成熟的超低温探头技术,其检测灵敏度在纳克级水平;另外仪器购置的一次性投入费用扬大。

上述分析不难看出,理想的代谢组分析技术应当是色谱- 超低温核磁-质谱的结合。

近来,STOCSY思想的诞生和方法学突破,使“波谱集成理论”和相应的方法方面取得了长足进步,不仅为疾病和毒理相关的代谢途径相关性建立了研究方法,为系统生物学中转录组、蛋白质组和代谢组的整合提供了重要方法,解决了分子流行病学研究中药物服用的调查准确性问题,也为色谱-超低温核磁-质谱的有效结合奠定了基础。

用于代谢组数据分析处理的化学计量学方法很多,但大体包括两类:非指导性(unsupervised)和指导性(supervised)方法。

最常见的非指导胜方法为主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA),最常见的指导性方法为偏最小二乘法为基础的分析(partial least square,PLS)。

这两种方法常常以所谓的scoresplot和loadingsplot的形式输出分析结果,前者表征对比代谢组之间的区别和相似程度;而后者给出导致其区别(或相似性)的有贡献变量及其贡献程度。

这些变量可以是核磁谱中的化学位移(即代谢物质)、色谱中的保留时间(代谢物或其色谱特性)、质谱中的质荷比(分子量或其分数)。

PCA在不作任何介入和无任何假设的前提下给出待分析各代谢组的内在区别,而PLS则有一定的假设。

对这些方法,尤其是指导性方法的选择都是有一定条件的,也正因为如此,使用指导性分析方法时要格外注意假设的基础和成立性。

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