代谢组学技术概述
代谢组学技术
代谢组学技术代谢组学是一种新兴的研究领域，它将分子生物学、生物化学和生物信息学等多学科知识相结合，利用高通量技术对生物体内代谢产物的组成和变化进行研究。
代谢组学技术的应用范围非常广泛，包括药物研发、临床诊断、食品安全、环境监测等领域。
本文将从代谢组学技术的原理、方法、应用等方面进行介绍。
一、代谢组学技术的原理代谢组学技术的原理是通过对生物体内代谢产物的组成和变化进行分析，从而揭示生物体内代谢通路的变化和代谢物之间的相互作用。
代谢产物可以是小分子化合物、蛋白质、核酸等，其中以小分子化合物的研究应用最广泛。
代谢产物的组成和变化与生物体的生理状态密切相关，因此代谢组学技术可以用来研究生物体在不同生理状态下的代谢变化，例如疾病状态、药物作用、环境污染等。
代谢组学技术的研究对象主要包括代谢物组成分析、代谢物变化分析、代谢通路分析和代谢物作用机制分析等。
代谢物组成分析是指对生物体内代谢产物的种类和数量进行分析，例如利用质谱、核磁共振等技术对生物体内代谢产物进行定性和定量分析。
代谢物变化分析是指对生物体内代谢产物的变化进行分析，例如在不同生理状态下对代谢产物的变化进行比较分析。
代谢通路分析是指对生物体内代谢通路的结构和功能进行分析，例如通过代谢产物的组成和变化分析来揭示代谢通路的变化。
代谢物作用机制分析是指对代谢产物的作用机制进行分析，例如通过代谢产物的作用机制来研究药物的作用机制等。
二、代谢组学技术的方法代谢组学技术的方法包括样品处理、代谢产物分析和数据分析等步骤。
样品处理是代谢组学研究的关键步骤，它涉及到生物样品的采集、处理和保存等方面。
代谢产物分析是代谢组学研究的核心步骤，它涉及到代谢产物的分离、检测和定量等方面。
数据分析是代谢组学研究的重要步骤，它涉及到数据的预处理、质量控制和统计分析等方面。
下面将具体介绍代谢组学技术的方法。
1. 样品处理样品处理是代谢组学研究的关键步骤，它涉及到生物样品的采集、处理和保存等方面。
生物化学实验中的代谢组学技术
生物化学实验中的代谢组学技术随着科学技术的不断发展，生物化学实验中的代谢组学技术逐渐引起了人们的关注。
代谢组学是一种研究生物体代谢产物的综合分析方法，通过对代谢物进行定性和定量的分析，揭示生命体内代谢过程的变化以及与疾病发生发展之间的关联。
本文将从代谢组学技术的基本原理、实验流程及应用领域等方面进行介绍。
一、代谢组学技术的基本原理代谢组学技术主要基于质谱和核磁共振技术，通过对生物体内代谢产物进行分析，得到代谢的全貌。
质谱技术可以使用不同的技术平台，如气相色谱质谱（GC-MS）和液相色谱质谱（LC-MS），对复杂的代谢产物进行分离和检测。
核磁共振技术可以通过对样品中的代谢物进行核磁共振谱图（NMR）的测定，直接获得代谢产物的结构信息。
二、代谢组学实验流程代谢组学实验通常包括样品采集、代谢产物提取、样品预处理、数据采集与分析等步骤。
1. 样品采集：根据研究的需要，选择适当的样品进行代谢组学分析。
常见的样品类型包括生物体组织、血液、尿液等。
2. 代谢产物提取：将采集到的样品进行代谢产物的提取。
常用的方法包括有机溶剂抽提、固相微萃取等。
3. 样品预处理：对提取得到的代谢产物进行预处理，如去除杂质、浓缩样品等。
4. 数据采集与分析：使用质谱或核磁共振等技术进行代谢产物的检测和分析，得到代谢谱图或谱图组。
然后对采集得到的数据进行处理和分析，如峰识别、定量计算等。
三、代谢组学技术的应用领域代谢组学技术在许多领域具有广泛的应用，以下是几个主要的应用领域：1. 生命科学研究：代谢组学技术可以帮助科学家研究生物体内代谢过程的变化，揭示生命活动中的关键代谢通路，进一步理解生物体的功能和调控机制。
2. 疾病诊断和预测：代谢组学技术可以通过对不同组织或体液中的代谢产物进行分析，鉴别疾病的生物标志物，帮助早期诊断和预测疾病的发展趋势。
3. 药物研发：代谢组学技术可以评估药物对生物体代谢的影响，了解药物的代谢途径及其在生物体内的动力学变化，为新药的研发和评价提供重要依据。
代谢组学概述
代谢组学概述代谢组学是一门综合性的生物学研究领域，通过分析生物体内代谢产物的变化，揭示生物体内代谢网络的调控机制和代谢异常与疾病之间的关系。
代谢组学在生命科学研究、医学诊断与治疗、食品安全等领域具有重要的应用价值。
代谢组学的研究对象主要是代谢产物，包括代谢物、代谢酶和代谢途径等。
代谢产物是生物体代谢活动的结果，通过分析代谢产物的种类和含量，可以了解生物体的代谢状态和变化。
代谢酶是催化代谢反应的关键蛋白质，通过研究代谢酶的活性和表达水平，可以揭示代谢途径的调控机制。
代谢途径是一系列相互关联的化学反应，通过研究代谢途径的变化，可以了解生物体的代谢网络和调控机制。
代谢组学的研究方法主要包括代谢物分析、代谢酶活性测定和代谢途径研究等。
代谢物分析是代谢组学的核心技术，目前常用的代谢物分析方法包括质谱技术、核磁共振技术和高效液相色谱技术等。
质谱技术可以用于代谢物的定性和定量分析，核磁共振技术可以用于代谢物的结构鉴定，高效液相色谱技术可以用于代谢物的分离和纯化。
代谢酶活性测定是研究代谢酶功能的重要方法，通过测定代谢酶的催化反应速率，可以了解代谢酶的活性和调控机制。
代谢途径研究是研究代谢途径调控机制的关键方法，通过构建代谢途径模型，可以揭示代谢途径的结构和调控机制。
代谢组学在生命科学研究中具有广泛的应用价值。
通过代谢组学的研究，可以了解生物体在不同生理状态下的代谢特征和代谢网络的调控机制，揭示疾病发生发展的分子机制，为疾病的预防和治疗提供理论依据。
代谢组学在医学诊断与治疗中也有重要的应用，通过分析生物体的代谢产物，可以进行疾病的早期诊断、疾病的分型和预后评估，并为个体化治疗提供依据。
此外，代谢组学还可以用于食品安全的检测和评估，通过分析食品中的代谢产物，可以了解食品的质量和安全性。
代谢组学是一门综合性的生物学研究领域，通过分析生物体内代谢产物的变化，揭示生物体内代谢网络的调控机制和代谢异常与疾病之间的关系。
代谢组学在生命科学研究、医学诊断与治疗、食品安全等领域具有重要的应用价值。
微生物学研究中的代谢组学技术
微生物学研究中的代谢组学技术微生物在生物圈中占据着重要的地位，它们分布在各种环境中，对整个生态系统发挥着至关重要的作用。
微生物是自然界最早的生命形式，成为许多生物物种的祖先，也给人类带来了巨大的贡献。
微生物的代谢组学技术越来越成为微生物学研究中的热点，本文将从代谢组学的基本概念、技术手段、代谢组学在微生物研究中的应用几个方面来介绍微生物学研究中的代谢组学技术。
一. 代谢组学的基本概念代谢组学是一种综合性分析方法，其涉及从生物样本中获得尽可能多的代谢产物信息。
代谢产物包括代谢途径中产生的化合物，如蛋白质、核酸和多糖等化学物质，以及代谢触发的生理变化，如能量代谢、脂肪酸代谢、糖代谢和氨基酸代谢等。
代谢组学的主要目的是识别潜在的生物标志物或生物学过程，以明确不同的生理和疾病状态之间的差异。
二. 代谢组学技术手段代谢组学技术是从样品中提取代谢产物，并对其进行化学分析、光谱分析和质谱分析。
常见的代谢组学技术手段包括核磁共振（NMR）技术、高效液相色谱质谱联用分析（LC-MS）和气质联用质谱（GC-MS）等。
这些技术手段的优缺点不同，应根据不同的研究目的和样品性质进行选择。
同时，应在具有严格的质量控制和标准化的分析流程中进行分析，以获得可重复和可比性的结果。
三. 代谢组学在微生物学研究中的应用代谢组学技术在微生物学研究中的应用广泛，是微生物学研究的重要工具之一。
其应用包括但不限于以下方面：1. 明确微生物代谢途径及其调控机制代谢组学技术可以揭示微生物代谢途径和调控机制，为更深入研究微生物代谢提供了基础信息。
通过代谢组学技术分析微生物活动产生的代谢产物，可以推断微生物的代谢途径和代谢途径中涉及的反应酶。
同时，代谢组学技术还可以探究代谢途径的调控机制，如糖代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等。
2. 识别微生物毒素生成机制及其抑制方法代谢组学技术还可以通过检测微生物生长过程中的代谢产物，识别微生物毒素生成的机制及其不同阶段的代谢特征，以开发微生物毒素的防治等应用均有前景。
药代动力学^^关于代谢组学的概述
药代动⼒学^^关于代谢组学的概述代谢组学在中药研究中的应⽤前⾔代谢组学(metabonomics/metabolomics)是继基因组学和蛋⽩质组学之后，在20世纪90年代中期发展起来的⼀门新学科，是系统⽣物学的重要组成部分。
代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某⼀⽣物或细胞在⼀特定⽣理时期内所有的低分⼦量代谢产物，代谢组学则是对其低分⼦量代谢产物同时进⾏定性和定量分析的⼀门新学科。
随着药物研发⽔平的提⾼，外源化合物也⽇渐增多，传统的毒性筛选⽅法已不能满⾜当前药物毒理学研究的需求。
现代⽣物学研究表明，⼤多数病理过程是在基因调控下进⾏的(迅速坏死除外)。
药物往往会直接或间接地引起基因表达的改变，特定基因表达的差异在代谢物⽔平上被进⼀步放⼤。
代谢组学是利⽤⾼通量检测技术在代谢物的整体⽔平上检测机体在药物暴露后的各种⽣理⽣化指标，结合传统的病理学终点，可以对药物的毒性作⽤机制进⾏深⼊的了解。
多年来，中药多成分、多靶点和作⽤的多样性，给其作⽤机制研究、安全性研究和传统理论与现代医学理论的结合认识，以及中医治疗疾病的整体观念的理解等具有相当的困难。
⽽代谢组学是反应机体状况的分⼦集合与其功能之间的关系，所有对机体健康影响的因素均可反映在代谢组中，即代谢组学具有明显的整体反应性的特点。
这⼀特点与中医治疗疾病的整体观念⼗分吻合。
因此认为应⽤代谢组学⽅法研究中药的作⽤物质基础、作⽤机制，甚⾄安全性都是值得探索的。
本世纪以来，代谢组学的飞速发展和其应⽤领域的不断扩展，为中药研究提供了新的研究理念和研究⽅法。
1、代谢组学的发展代谢组学（metabolomics）的出现是⽣命科学研究的必然。
在20世纪90年代中期发展起来的代谢组学，是对某⼀⽣物或细胞中相对分⼦量⼩于1,000的⼩分⼦代谢产物进⾏定性和定量分析的⼀门新学科。
代谢组作为系统⽣物学的重要组成部分，在医药领域具有⼴泛的应⽤前景。
代谢组学的出现是效仿基因组学和蛋⽩质组学的研究思想。
代谢组学简介-百趣代谢组学
什么是代谢组学？代谢组学（Metabonomics/Metabolomics）是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的新兴的组学技术，是系统生物学的重要组成部分，研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。
代谢组学是对某一生物体组份或细胞在一特定生理时期或条件下所有代谢产物同时进行定性和定量分析，以寻找出目标差异代谢物。
可用于疾病早期诊断、药物靶点发现、疾病机理研究及疾病诊断等。
国内外研究现状简述国际上，代谢组学研究很活跃：美国国家健康研究所(NIH)在国家生物技术发展的路线图计划中制订了代谢组学的发展规划；许多国家的科研单位和公司均开始了代谢组学相关研究及业务，如英国帝国理工大学的Jeremy Nicholson实验室、美国加州大学Davis分校的Oliver Fiehn 实验室、美国Scripps实验室、荷兰莱顿大学的Jan van der Greef实验室等。
其中许多机构已经开始了多组学整合研究工作。
国内多家科研机构已先后开展了代谢组学的研究工作，包括中国科学院大连化学物理研究所许国旺实验室、中国科学院武汉数学物理研究所唐惠儒实验室、上海交通大学贾伟实验室、军科院等。
没有任何一个分析技术能够同时分析代谢组中的所有化合物，只能通过选择性地提取结合各种分析技术的并行分析来解决。
样品之间的变异、仪器动力学范围的局限和分析误差的存在也给代谢组学分析带来巨大的挑战。
因此在取样方法，新型分析仪器和分析技术的研发等方面，都需要进一步深入开发。
代谢组学分析产生出海量的数据，当前我们缺乏适当的代谢组数据库和数据交换版式，需要完善代谢组学数据库，建立代谢产物数据的标准，并且需要开发功能强大的数据分析工具。
代谢组学服务有哪些？一、非靶标代谢组学经过多年发展，BIOTREE现已拥有完善的非靶标代谢组学平台，包括UHPLC-QTOFMS、Orbitrap LC-MS、GC-TOF-MS、GC-Q-MS 等，能够准确、快速地分析各种生物样本（血、尿、动物组织、唾液、羊水、细胞和细胞液、植物、微生物等）中的小分子代谢物。
代谢组学应用领域及研究
代谢组学应用领域及研究--青岛科标生物实验室1.代谢组学服务代谢组学分析技术概述代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。
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。
代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000），其样品主要是动植物的细胞和组织的提取液。
其主要技术手段是核磁共振（NMR），质谱（MS），色谱（HPLC，GC）及色谱质谱联用技术。
通过检测一系列样品的NMR 谱图，再结合模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物。
代谢组学应用领域我们的代谢组学技术平台在临床、药物、动物、植物等多个领域都有广泛的应用：临床和药物代谢组学植物代谢组学动物代谢组学1.健康评估（全新诊疗手段） 1.植物病虫抗性机理研究 1.动物发病机理研究2.新生儿和孕妇疾病筛查3.疾病早期预测和发病机理研发2.植物逆境抗性机理研究（干旱、盐、重金属）3.植物基因功能研究2.药物在动物体内作用机制研究3.动物主要和次要代谢产物研究4.药物毒理评价 4.植物-微生物-土壤相互作用研究 4.动物尿液、血液、细胞、组织中代谢产物研究5.肠道、口腔代谢物分析 5.植物主要和次生代谢产物研究6.药物药效评估7.血液代谢产物分析我实验室的新一代靶向代谢组学技术平台，是近几年刚刚兴起的靶向代谢组学新技术，区别于传统的非定向代谢组学，具有如下优势：1.样品种类多：生物流体（血液、尿、唾液、肠道微生物）、环境样品、细胞、动植物组织、污水、药品、食品。
2.化合物涵盖广：包括脂类、维生素、核苷酸、神经递质等700种代谢产物，涵盖所有主要代谢途径。
3.分析时间短：我们的方法能在30min同时测定并准确鉴定出700种化合物。
4.复杂的数据处理：专业的数据处理方法和软件，能对所得数据进行PLS-DA,PCA,ANOVA,VIP,Biomarker等分析。
生物化学中的代谢组学技术
生物化学中的代谢组学技术生物化学中的代谢组学技术是一种综合分析方法，通过研究生物体内的代谢产物来揭示生物体的代谢状态和变化。
代谢组学技术结合了高通量分析方法和生物信息学分析，为研究生物体内代谢反应的整体变化提供了有力工具。
本文将介绍代谢组学技术的原理、应用与发展前景。
一、代谢组学技术原理代谢组学技术是基于质谱和核磁共振等高通量技术的分析方法。
首先，通过质谱分析等方法，将生物体内的代谢产物进行分离和检测。
然后，利用生物信息学和统计学分析这些代谢产物的组成和浓度变化。
最后，通过比对和分析不同条件下代谢产物的变化，揭示代谢反应的整体变化模式。
二、代谢组学技术的应用代谢组学技术在许多领域都有广泛的应用。
首先，它在生物医学研究中被广泛应用。
代谢组学技术可以帮助研究人员了解疾病的发生和发展机制，通过比较健康人群和疾病人群之间的代谢组差异，可以发现与疾病相关的代谢标志物。
其次，代谢组学技术在农业领域也有很大的应用潜力。
通过研究农作物的代谢组，可以改良优质农作物的选育和培养技术。
此外，代谢组学技术在环境科学、食品科学等领域也有重要意义。
三、代谢组学技术的挑战与前景代谢组学技术在实际应用中还面临一些挑战。
首先，代谢产物的复杂性使得分析过程较为困难，需要不断改进分析方法和技术流程。
其次，代谢组学技术需要大规模的数据处理和分析，对生物信息学和统计学的应用要求较高。
然而，代谢组学技术的发展前景依然广阔。
随着高通量技术的不断发展和生物信息学方法的进步，代谢组学技术将会在生物学、医学等领域发挥更重要的作用。
总结起来，生物化学中的代谢组学技术是一种综合分析方法，通过研究生物体内的代谢产物来揭示生物体的代谢状态和变化。
代谢组学技术在生物医学、农业和环境科学等领域都有广泛的应用，因其独特的优势和潜力而备受关注。
虽然在应用过程中仍面临一些挑战，但随着技术的不断改进和发展，代谢组学技术将会在各个领域发挥更大的作用，为我们理解生物过程和改善生活品质提供更多的机会。
代谢组学及其应用
2、代谢谱分析：利用色谱、质谱等分析技术，对生物体的代谢谱进行分析， 找出特定代谢物或代谢途径的变化。
3、生物信息学分析：对代谢组学数据进行生物信息学分析，如主成分分析、 聚类分析等，找出特定代谢物或代谢途径的变化规律。
一、代谢组学的定义及概述
代谢组学主要研究生物体在受到内外环境因素刺激时，细胞内代谢产物的动态 变化及其与生物体代谢过程的。它以系统生物学、分析化学、计算机科学等多 学科为基础，涉及多个领域，包括代谢产物的检测、代谢途径的确定以及代谢 调控机制的研究等。目前，代谢组学在研究疾病发生发展、药物疗效及副作用、 环境污染等方面发挥着重要作用。
代谢组学及其应用
目录
01 一、代谢组学的定义 及概述
02
二、代谢组学技术的 应用
03
三、代谢组学技术的 未来发展
04 四、结论
05 参考内容
代谢组学是一门新兴的生物科学，专注于研究细胞内代谢产物的动态变化及其 与生物体代谢过程的。近年来，代谢组学在医学、药学、环境科学等多个领域 得到了广泛的应用，为诸多科学问题的解决提供了新的思路和方法。本次演示 将介绍代谢组学及其在各领域的应用，并探讨其未来发展趋势。
二、代谢组学技术的应用
1、医学领域
在医学领域，代谢组学主要用于疾病诊断、药物研发和机理研究。通过对患者 血液、尿液等样本中代谢产物的检测，可以实现对多种疾病的早期诊断和预后 评估。同时，通过对药物作用下机体内代谢产物的变化进行研究，有助于阐明 药物的作用机制及副作用，为新药研发提供依据。
2、药学领域
然而，代谢组学技术也存在一些挑战和限制。首先，代谢组学的实验成本较高， 需要大量的资金和设备投入。其次，代谢组学的数据分析复杂，需要专业的生 物信息学知识和技能。此外，由于生物体的代谢过程受到多种因素的影响，代 谢组学的结果可能存在一定的变异性和不确定性。
代谢组学及其分析技术
代谢组学及其分析技术一、本文概述代谢组学，作为系统生物学的重要分支，专注于生物体系内所有低分子量代谢物的定性和定量分析。
这些代谢物是生物体在特定时间点或特定生理状态下，基因组、转录组和蛋白质组相互作用的最终体现，因此，代谢组学对于全面理解生物体的生理和病理过程具有重要意义。
本文将对代谢组学的基本概念、研究内容、分析方法及其在各领域的应用进行全面的阐述和深入的探讨。
我们将介绍代谢组学的基本定义和研究范围，阐述其与基因组学、转录组学和蛋白质组学的关系与区别。
接着，我们将详细介绍代谢组学的主要分析方法，包括样品制备、数据处理和代谢物鉴定等关键技术，并探讨这些技术在不同生物样本（如血液、尿液、组织等）中的应用及其优缺点。
我们还将重点介绍代谢组学在疾病诊断、药物研发、营养学、环境科学等领域的应用实例，展示其在生命科学研究中的巨大潜力和广阔前景。
通过本文的阅读，读者将对代谢组学及其分析技术有更加全面和深入的理解，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和启示。
二、代谢组学的研究内容代谢组学，作为系统生物学的一个重要分支，主要研究生物体系内所有小分子代谢物的动态变化。
这些小分子代谢物包括氨基酸、碳水化合物、有机酸、核苷酸、脂质等，它们在生物体内参与各种生物化学反应，是生命活动不可或缺的一部分。
代谢组学的研究内容涵盖了从代谢物的鉴定、定量，到代谢网络的构建，再到代谢途径的分析等多个方面。
代谢组学的研究需要对生物样本中的代谢物进行全面的鉴定和定量。
这通常涉及到各种先进的分析技术，如核磁共振（NMR）、质谱（MS）等。
通过这些技术，研究人员可以精确地确定样本中代谢物的种类和数量，从而获取生物体系的代谢轮廓。
代谢组学的研究还需要构建代谢网络，以揭示代谢物之间的相互关系。
代谢网络是一个复杂的网络系统，其中每个代谢物都是网络的一个节点，而代谢物之间的转化关系则构成了网络的边。
通过构建代谢网络，研究人员可以更好地理解生物体内的代谢过程，揭示代谢途径的调控机制。
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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统的技术手段。
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。
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。
HPLC图谱
Liquid chromatography-mass spectrometry
气相色谱 gas chromatography
气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱 法。由于样品在气相中传递速度快，因此样品 组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平 衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此 气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的 分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测 器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广 等优点。
第一台质谱仪是英国科学家弗朗西 斯 · 阿斯顿于 1919 年制成的。出手不凡，阿 斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研 究了 53 个非放射性元素，发现了天然存在的 287 种核素中的 212 种，第一次证明原子质量 亏损。他为此 荣获1922年诺贝尔化学奖。
质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围 也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分 为下面几类： 有机质谱仪： ① 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS） ② 液相色谱-质谱联用仪（LC-MS） ③ 其它有机质谱仪，主要有：基质辅助激光 解吸飞行时间质谱仪（ MALDI-TOFMS ），富立 叶变换质谱仪（FT-MS） 无机质谱仪： ① 火花源双聚焦质谱仪 ( SSMS ） ② 感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS） ③ 二次离子质谱仪（SIMS）
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
系统数据库包含化合物核磁共振氢谱 6 万多张，核磁共振碳谱 4 万多张．可通 过光谱编号、原子数、分子式进行查询， 结果得到所要查询化合物的有关信息及 其标准谱图．系统程序还允许用户将本 研究领域一些常用化合物的标准谱信息 和图谱添加进数据库以供日后查询．
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。
乙氧氟草醚GC-MS质谱图
采用何种分析技术主要取决于待分析生 物系统的种类以及要解决何种科学问题。NMR 可以快速、无损伤性地进行代谢物的体内 (in vivo)或体外(in vitro)比较分析。直接应用 MS 进行代谢物分析虽然速度也较快 , 但具有 灵敏度以及分辨率较低的缺点。将 MS 与 GC 或 LC联用 (GC-MS 或LC-MS), 虽然降低了分析速 度 , 但却提高了分析灵敏度以及分辨率。而 且基于质谱的分析技术已长期用于代谢物指 纹图谱分析,具有比较成熟的样品制备、数据 采集以及分析等操作程序。
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。
基质辅助激光解吸附飞行时间质谱 （MALDI-TOF-MS）
傅立叶变换离子回旋共振质谱仪
A FT-ICR mass spectrometer
质谱仪的基本结构及工作流程
单聚焦质谱仪示意图
氰戊菊酯的结构及其质谱图
近来, 两种新质谱技术傅立叶变换回旋共 振 质 谱 (Fourier transform ion cyclotron resonancemass spectrometry, FTICR-MS) 和 毛细管电泳质谱 (capillary electrophoresis mass spectrometry, CE-MS) 被用于代谢物图 谱分析。 FTICR-MS 具有高通量的优点 , 可检 测上千种代谢物, 但不能区分异构体限制了它 的应用; CE-MS 检测灵敏度较高 , 可以检测低 丰度代谢物 , Soga 等利用 CE-MS 在枯草芽孢 杆菌 (Bacillus subtilis) 中检测到一千多种 代谢物。
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。
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阶段。人体组织中 由于存在大量水和碳氢化合物而含有大量的 氢核，一般用氢核得到的信号比其他核大 1000倍以上。正常组织与病变组织的电压信 号不同，结合CT技术，即电子计算机断层扫 描技术，可以得到人体组织的任意断面图像， 尤其对软组织的病变诊断，更显示了它的优 点，而且对病变部位非常敏感，图像也很清 晰。
质谱分析(mass spectrometry, MS) 是一种测量离子荷质比（电荷-质量比， charge-mass ratio）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。
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。
质谱谱图数据库收录了大 部分常用化合物的质谱数据， 检索途径为质荷比检索，丰度 检索以及组合检索，可获取化 合物质谱谱图，物化性质等信 息。
高效液相层析
High performance liquid chromatography
70年代新发展的层析法。其特点是：用高压输液泵， 压强最高可达34个标准大气压。用直径约3～10微米的超 细支持物装填均匀的不锈钢柱。这种支持物能承受很高 的压力，化学性能稳定。用不同类型支持物的HPLC，可 做吸附层析、离子交换层析和凝胶过滤层析。其分析微 -10 量化可达10 克水平。但用于制备，可以纯化上克的样 品。展层时间短，一般需几分钟到10余分钟。其分析速 度、精确度可与气相层析媲美。HPLC适于分析分离不挥 发和极性物质。而气相层析只适用于挥发性物质，两者 互为补充，都是目前最为理想的层析法。HPLC在生物化 学、化学、医药学和环境科学的研究中发挥了重要作用。
进行代谢组分析 , 首先需要进行样品的 提取。对于组织和细胞培养液 , 水相和有机 相代谢物可以很容易地被提取。实际上 , 不 论各种代谢物在体内参与何种代谢过程 , 通 过相应抽提程序 , 所有的胞浆以及膜代谢物 均会被提取出来。样品制备过程的不一致性 导致结果重复性较差。因此 , 为最大程度减 小操作对代谢组数据产出的影响 , 人们应严 格 遵 循 一 套 标 准 的 提 取 程 序 (Standard Operating Protocols, SOPs)。