代谢组学/分析方法/质谱法
返回上一章：激素
下一章：代谢控制的计算建模
转到：样品制备
返回：核磁共振
代谢组学的主要目标之一是量化代谢物浓度变化，质谱法提供了一种实现这一目标的方法。质谱仪可以测量样品中分子的质量和相对浓度，这使得质谱法成为代谢组学中不可或缺的工具。
该技术涉及将待分析的分子电离并测量质荷比以确定样品中存在的每个分子的质量。质谱法的通用过程包括四个步骤
1. 电离：分子电离为正离子。
2. 加速：离子加速。
3. 偏转：离子被引入磁场并根据其独特的质量和离子所带正电荷量的多少以略微不同的方向偏转。质量越小，正电荷越多，偏转越明显。
4. 检测：离子被电气检测。
代谢组学中常用的质谱类型包括基质辅助激光解吸电离质谱法 (MALDI-MS)、串联质谱法 MS-MS、离子阱质谱法、液相色谱质谱法 (LC-MS) 和气相色谱质谱法 (GC-MS)。
1. 13C 标记的葡萄糖酸盐示踪作为一种直接准确的方法来确定产黄青霉中戊糖磷酸途径的分割比例
网址：http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1489366&blobtype=pdf
主要内容：研究人员使用产黄青霉真菌试图准确量化6-磷酸葡萄糖酸盐在氧化型和非氧化型戊糖磷酸途径 (PPP) 之间的分割比例。以前试图量化其他生物体中分割比例的研究结果基于假设，但这些人通过一种相对简单的方法克服了这些困难。通过同时用痕量 13C 标记的葡萄糖酸盐（通过直接转化为 6-磷酸葡萄糖酸盐进入该途径）和不含任何碳标记的葡萄糖来喂养细胞。他们使用 Quatro-LC 三重四极杆质谱仪来分析糖酵解和 PPP 中各种中间体的浓度。他们使用模型公式来量化分割比例。他们能够断言 PPP 分割比例为 51.1%，置信区间为 95%，这表明 13C 标记的葡萄糖酸盐示踪法是一种更灵敏、更准确的测定通量方法，不会干扰细胞的整体代谢。
术语： 1. 葡萄糖酸盐：一个六碳分子，具有五个羟基，以羧酸基团结束，可以转化为 6-磷酸葡萄糖酸盐，然后转化为果糖-6-磷酸盐，并用于糖酵解。
2. 同位素异构体：异构体具有相同数量的同位素原子，但位置不同
3. 恒化器：用于培养微生物的化学静态环境
4. 代谢通量分析 (MFA)：用于确定代谢过程中代谢物产生速率的技术。
5. 液相色谱质谱法：将液相色谱法的物理分离能力与质谱法结合起来。通常用于查找复杂样品的成分，例如生物来源的样品。
联系：这里与我们在课程中所学到的内容的联系很明显——他们试图确定分子在戊糖磷酸途径的氧化部分和非氧化部分之间的通量，我们曾在第 14 章中学习过。这是将葡萄糖-6-磷酸盐转化为核糖-5-磷酸盐的途径，核糖-5-磷酸盐可用于合成核酸和辅酶。它还与我们在第 15 章中学习过的代谢途径调节有关，该章介绍了代谢流速——这就是通量，在整篇文章中都有提到。
2. 使用气相色谱-质谱法和傅里叶变换离子回旋共振质谱法确认产氢脱硫弧菌 Hildenborough 菌株的中心代谢途径并进行通量分析
网址：http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1797301&blobtype=pdf
主要内容：研究人员使用产氢脱硫弧菌 Hildenborough 菌株，试图确定其代谢的一些信息。GC-MS 和 FT-ICR MS 用于量化细菌产生的代谢物的数量和类型，并确定产氢脱硫弧菌的柠檬酸循环是氧化型还是还原型（此前未知），以及检查其糖酵解途径和戊糖磷酸途径。FT-ICR MS 使他们能够确认该产硫细菌的柠檬酸循环不同于大多数需氧生物，因为产生的柠檬酸与大多数其他生物体中发现的柠檬酸的立体化学相反。这在 13C 标记的帮助下得到了确认，类似于前一篇文章中使用的标记。实验还使他们能够确定所研究途径的通量速率，这些速率被注释为论文中图 1 的一部分。所有这些工作都是为了补充从基因组分析中已经假设的关于该生物体的信息。
术语： 1. 气相色谱-质谱法 (GC-MS) – 将气相色谱法（流动相为气体）与质谱法结合起来。非常特异，能够检测样品中痕量分子。
2. 傅里叶变换离子回旋共振质谱法 (FT-ICR MS) – 确定离子的质荷比，这有助于确定粒子的质量。
3. 三羧酸循环 (TCA 循环)：柠檬酸循环的另一个名称。
4. 电喷雾电离 (ESI) – 质谱法中用于产生离子的技术。
5. 碰撞诱导解离 (CID) – 在气相中使离子断裂的机制。
联系：他们的工作与第 16 章关于柠檬酸循环的内容相关，因为大部分工作都集中在根据他们对基因组的了解以及他们发现该生物体中不存在的酶（例如缺乏柠檬酸合酶同源物）来确定产氢脱硫弧菌的 CAC 是如何工作的。
3. 预测的领导肽酶失活阻止了聚球藻 PCC 6803 菌株的光自养生长
网址：http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1082817&blobtype=pdf
主要内容：这项研究的目的是确定领导肽酶蛋白 LepB1 和 LepB2 在聚球藻 PCC 6803 菌株中的作用。通过将卡那霉素盒插入 LepB1 和 LepB2 中间的基因组中，创建了 PCC 的突变体。LepB2 突变体不可能获得，这可能是因为该蛋白对细胞存活至关重要。LepB1 突变体的光合作用速率显着下降，以至于细胞甚至受到高光照水平的伤害。然而，只要细胞没有暴露在高光照水平下并且只在短时间内暴露，电子传递系统就会继续发挥作用。由此得出的结论是，LepB1 编码一种蛋白，该蛋白可以去除需要跨膜转运的前体蛋白的信号肽，实际上在处理最终会进入类囊体膜的蛋白中发挥作用。质谱法鉴定了 8 种蛋白，其浓度在突变体中始终降低，其中 4 种携带信号肽，还有不参与类囊体系统的蛋白，这表明 LepB1 可以在类囊体膜和质膜中找到。
术语： 1. 肽酶：一种可以将蛋白质分解成单个氨基酸的酶。
2. 信号肽/引导肽：短肽链，指导蛋白质的翻译后转运。
3. 光自养生物 – 从无机物质中合成其“食物”并利用光作为能量来源的生物体。
4. 藻胆蛋白 – 蓝藻和藻类中可溶于水的荧光蛋白，捕获光，其能量用于为光合作用提供能量。
5. Western 分析 – Western 印迹的另一个名称，一种检测样品中特定蛋白质存在的方法。
联系：虽然我们在课程中没有学习蓝藻的光合作用，但一些普遍的原理仍然适用。通过降低将这些酶转运到那里的 LepB1 基因产物的活性来降低类囊体膜中活性光合酶的数量，会降低光合作用速率
动态代谢网络：基于 13C 的通量分析 http://www.nature.com/msb/journal/v2/n1/full/msb4100109.html
摘要： 本研究的主要重点是通过数学模型研究代谢中的复杂网络，这些模型“试图监控细胞内小化学物质浓度的变化”（第 2 段）。通过使用基于 13C 的通量分析，本研究能够“量化这些组成部分相互作用的综合输出”（第 4 段）。
术语： 拓扑 - 对几何形式在特定变换（如弯曲或拉伸）下保持不变的性质的研究。 部分 - 不确定的部分、份额或分享。 化学计量 - 涉及或与以特定反应所需的精确比例存在的物质有关。 收敛 - 以收敛为特征；趋向于聚合；合并。 草酰乙酸 - 在线粒体中发现的一种四碳分子，它与乙酰辅酶 A 结合，在克雷布斯循环的第一个反应中形成柠檬酸。
相关性： 这与我们在课堂上一直在学习的内容相关，因为我们刚刚开始研究代谢系统中的通量。 通量是指通过代谢途径的分子或酶的周转率。 它是至关重要的，因为它调节代谢途径。
1. 斯克里普斯质谱中心 – METLIN 代谢物数据库
网址： http://metlin.scripps.edu/index.php
主要重点： 该网站旨在为使用质谱进行代谢组学研究的人提供各种有用的资源链接。 该网站提供代谢物搜索功能、MS-MS 搜索功能、LC-MS 搜索功能和 FT-MS 搜索功能。 还提供了一个可下载的程序，该程序具有与网站相同的功能。
术语： 1. MS-MS：串联质谱。 可以执行多个步骤的质量选择或分析
2. FT-MS：傅里叶变换质谱 - 在文章 #2 中定义。
3. 保留范围：数据可供查询的时间段。
(未找到更多新术语。)
2. 人类代谢组数据库
网址： http://www.hmdb.ca/ (此处进行 MS 搜索： http://www.hmdb.ca/labm/jsp/mlims/MSDb.jsp)
主要重点： 该网站专注于获取和提供有关各种代谢物的信息，包括但不限于串联 MS 数据。 从它的名字可以看出，该网站显然专注于人类作为感兴趣的物种。 它试图将临床和生化数据结合起来。
术语： 1. 生物标志物 - 指示特定生物状态的物质。
2. 小程序 - 在另一个程序（例如，互联网浏览器）上下文中运行的软件程序。
(未找到更多新术语。)
3. MassBank.jp
网址： http://www.massbank.jp/index.html
主要重点： 该网站专注于提供一个全面的、高分辨率的代谢质谱资源。 您可以通过文本、质谱分析方法、峰值和数据来源进行搜索。 没有提到特定的生物体，因此可以假设该网站包含来自各种生物体的代谢物。 光谱数据主要来自日本的科研机构。 他们拥有超过 13,000 个光谱记录在案。
术语：(未找到。)
连接（针对所有三个数据库）： 这些数据库对于生物化学家来说是不可或缺的工具。 质谱实验的结果除非能够破译图中每个峰的含义，否则就毫无用处。 这些数据库提供了数百或数千种代谢物的质谱，允许识别和量化样品中存在的分子。 然后，这些数据可用于确定途径的通量、途径的变化等等。
维基百科关于质谱的文章 http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_spectrometry