代谢组学/分析方法/质谱/GC-MS
基于 GC-MS 的代谢物谱分析实验通常包含数百个色谱图文件。每个文件可能包含多达 1000 个质谱标签 (MST)。MST 是大约 25-250 个碎片离子和相应的同位素异构体的单独模式。这些模式是由气相色谱 (GC) 通过电子轰击电离 (EI) 分离的化学分子产生的。碎片离子通过飞行时间 (TOF) 质谱法 (MS) 检测。实验分析的 MST 通常以列表形式报告，这些列表包含以其质量、色谱保留指数 (RI) 或保留时间 (RT) 和任意丰度为特征的离子。质量和 RI 表征用于识别和量化分析的化学化合物。使用预处理工具可以提供包含所有对齐 MST 和实验样本的数字数据矩阵。此过程中的错误很可能来自 MST 中 RI 或 RT 对齐的精度不足和/或生物样本高度复杂。生物复杂性可能通过化合物共洗脱导致不纯的 MST。因此，这种潜在的同步洗脱需要能够对共洗脱化合物进行定量和定性分析的技术。TagFinder 是一种正在开发的软件工具，预计它能够在统计分析之前验证数据矩阵。
“TagFinder 便于分析在 GC-(EI-TOF)-MS 谱分析实验中观察到的所有碎片离子。” 非靶向方法也便于化合物发现。此外，TagFinder 处理保持质量同位素异构体分辨率，这是代谢通量分析的必要特征，对于代谢物谱分析特别有用。TagFinder 还优先考虑化学方法的标准化。具体来说，该软件将利用内部参考化合物进行保留时间校准或定量标准化。还提供化合物识别和校准的外部标准化维护功能。TagFinder 的功能按以下顺序排序：1) 导入碎片离子数据，包括质量、时间和任意丰度，2) 注释样本信息并将样本分组到类别中，3) 计算 RI，4) 将来自不同色谱图的相同质量的观察到的碎片离子放入 RI 窗口中，5) 将 bin 和质量标签组合成共洗脱碎片离子的时间组，6) 测试时间组以检查强度相关的质量标签，7) 数据矩阵生成，以及 8) 支持提取选择性质量标签的化合物识别。简而言之，TagFinder 维护并与非靶向指纹分析以及代谢物靶向谱分析兼容。
TagFinder 已被证明是一种非常有用的工具，可用于将大型基于 GC-MS 的代谢物谱分析实验对齐到数据矩阵中。TagFinder 还能够自动提取通过质谱匹配到来自提供的 RI 窗口的参考质谱而增强的定量数据。包含的定量数据可能包括质量片段、质量片段的时间组或强度相关的质量片段的簇。此外，生成数据矩阵提供了用于自动参数优化的用户干预功能。TagFinder 也已被证明特别适用于无偏代谢组学指纹识别、足迹分析和谱分析，以及定量和定性代谢物分析。
http://bioinformatics.oxfordjournals.org/cgi/content/full/22/11/1391
该网站实际上是一篇介绍代谢组学内容的文章。代谢组学涉及两种方法：代谢指纹图谱和代谢谱分析。然而，代谢组学研究倾向于使用气相色谱质谱法 (GS-MS)、液相色谱质谱法 (LC-MS)、毛细管电泳质谱法 (CE-MS)、直接进样电喷雾电离质谱法 (ESI-MS) 和核磁共振 (NMR)。这些分析技术产生的信号由嵌入背景噪声连续谱中的信息峰组成。然而，研究人员的目标是探索使用峰值聚类来整合信号列表的想法，使用两步层次聚类峰值信号。首先它将在每组重复实验中使用，然后在重复实验组之间使用。研究人员将使用利什曼原虫的 GC-MS 代谢研究来测试此方法。
术语
- 液相色谱质谱法 (LC-MS)
- 分析化学中的化学技术，将液相色谱 (例如 HPLC) 的物理分离能力与质谱法的质量分析能力相结合。
- 代谢谱分析
- 目的是分离、识别和量化单个分析物
- 代谢指纹图谱
- 是指对分子响应谱中的模式进行分析，而不试图解析单个分析物
- 气相色谱质谱法 (GS-MS)
- 分离混合物的成分，质谱法分别表征每个成分
- 毛细管电泳质谱法 (CE-MS)
- 提高了 CE 分离的效用。质谱仪 (MS) 允许对溶质的分子量进行明确的信息，并提供结构信息，有助于未知物的鉴定
联系 与课程没有特定关联。只是对各种分析方法的概述，并解释了 GC-MS 的工作原理。
代谢组学和 GC-MS
[编辑 | 编辑源代码]该网站实际上是一本关于植物代谢组学的书籍。它指出 GC-MS 是代谢组学研究中最常用的技术平台之一。它用于代谢组学谱分析。为了将 GC-MS 用于代谢组学谱分析，代谢物和分析物之间必须有明确的区别，因为代谢物在定量之前可能会发生化学转化。它还提供有关代谢物谱的信息。其他信息包括使用 GC-MS 进行代谢组学的优缺点。
术语
- 分析物
- 用于描述提交给 GC-MS 进行检测和量化的化学结构和化合物
- 质量特殊标签
- 一个质谱图，其特征是特定的色谱保留和在单一或多种类型的生物样本中重复出现
- 烷氧基胺化
- 用甲氧基胺等试剂进行，以稳定天然代谢结构中的羰基部分；然而它形成了 –N=C< 双键取代基的 E 和 Z 异构体
- 代谢物
- 被生物体内部化、化学转化或分泌的化合物，但尚未通过 DNA 复制、转录、翻译合成
- 离子电流
- 离子运动产生的电流
联系： 这篇文章还描述了如何使用放射性标记技术来识别某些代谢物。当我们试图弄清楚 CO2 中的碳如何融入 Rubisco 机制时，我们已经讨论了放射性标记的碳。
本网站提供有关代谢组学的背景信息。 它还列出了代谢组学中使用的各种技术。 代谢分析分为四组：目标化合物分析、代谢谱分析、代谢组学和代谢谱分析。 GC-MS 在该特定领域的运作方式是，它有助于检测特定类别的代谢物。 如果样品太挥发，则必须将其转化为极性较低的物质，然后才能将其应用于 GC 柱。
术语
- 目标化合物分析
- 侧重于特定代谢物的定量分析
- 转录组学
- 转录组的研究，即基因组在任何特定时间产生的所有 RNA 转录本的完整集合
- 蛋白质组学
- 在不同条件下对蛋白质组进行定性和定量比较，以进一步揭示生物过程
- 植物与微生物代谢组学国家中心
- 英国领先的植物与微生物代谢组学研究与服务机构； 目标是集中研究活动，克服这一障碍，使后基因组科学真正专注于生物体“表型”的完全整合方面。
- 基因组学
- 对生物体整个基因组的研究； 包括确定生物体完整 DNA 序列的密集工作和精细遗传作图工作
联系：与课程没有联系。 它只是概述了代谢组学的发展及其所使用的分析方法，包括 GC-MS。
本文重点介绍了在假单胞菌属的细胞中发现的不饱和脂肪酸的顺反异构化。 这类细菌对芳香族溶剂具有很高的耐受性。 这些细菌能够在膜破坏化合物的存在下生长，原因是顺式不饱和脂肪酸异构化为反式不饱和脂肪酸。 异构酶活性不利用 ATP 或其他辅因子，如 NAD(P)H。 它独立于 ATP 的事实与顺反异构化的负自由能相对应。 脂肪酸甲酯通过 GC-MS 进行检查和分析。 通过 GC-MS 也确定了变得不饱和的脂肪酸。
术语
- 脂肪酸甲酯 (FAME)
- 可以通过脂肪或脂肪酸与甲醇之间的碱催化反应生成。 生物柴油中的分子主要是 FAME，通常通过酯交换反应从植物油中获得。
- 异构化
- 将分子转化为不同异构体的过程。 它还可以将醛糖转化为酮糖或酮糖转化为醛糖。
- 不饱和脂肪酸
- 是指脂肪或脂肪酸，其中脂肪酸链中存在一个或多个双键
- 顺反异构体
- 立体异构的烯烃或环烷烃，它们在相对于参考平面的原子位置上有所不同； 在顺式异构体中，原子位于同一侧，而在反式异构体中，原子位于相对侧。
- 油酸
- 存在于动植物油中的脂肪酸。 由于碳之间存在单个双键，因此被称为单不饱和脂肪酸。 其物理性质由该双键的数量、几何形状和位置以及不饱和程度决定。
联系：我们已经在许多途径中讨论了 ATP 和 NAD(P)H。 例如，糖酵解产生并利用 ATP 作为能量来源。 NADPH 具有还原性； 它充当脂肪酸生物合成和氧化还原反应中的电子供体。
ScienceDirect
[编辑 | 编辑源代码]本文重点介绍了测定细胞内代谢物通量的过程。 测定通量提供了对工程干预前后代谢的清晰描述。 研究人员展示了如何利用大肠杆菌菌株进行改造以产生香叶基二烯。 香叶基二烯是抗疟疾药物青蒿素的前体。 细胞在含有 20% [U-13C] 葡萄糖的连续葡萄糖培养基中生长。 使用对来自细胞的 13 种氨基酸进行的 GC-MS 测定了 20% [U-13C] 葡萄糖。 研究人员使用数学方法来确定通量数量。
术语
- 原子映射矩阵 (AMM)
- 描述了碳原子从反应物到产物的转移
- 同位素异构体映射矩阵 (IMM)
- 指示可以从每个反应物同位素异构体中生成的可能的产物同位素异构体
- 萜类
- 一类异戊二烯类化合物，通常从植物中分离出来，目前用于各种应用，包括抗癌药和抗菌药
- 通量
- 代谢途径在能量方面的变化
- 甲羟戊酸
- 甲羟戊酸的盐； 在胆固醇合成中也起着重要作用
联系：本文提到了磷酸戊糖途径、糖酵解和三羧酸循环。 它还讨论了补体反应以及氨基酸生物合成和降解途径。 在代谢过程中，我们还了解到 ATP、NADH 和 NADPH 等辅因子是平衡的。 在本文中，这种平衡通过底物水平磷酸化、氧化磷酸化和转氢酶活性产生的能量反应得到证明。
本文使用癌细胞和非癌细胞的比较代谢谱分析来帮助理解肿瘤发生的關鍵要素，以及寻找新的药物方法。 尽管代谢组学技术取得了进展，但由于技术挑战，研究某种程度上受到了阻碍。 不完整的参考数据、生物材料的有限可用性、现有方案的灵敏度和分辨率不足以及缺乏已建立的计算建模框架是该领域中常见的。 为了克服这些问题，研究人员将 [U -13C]-葡萄糖二维 NMR 和 GC-MS 技术相结合，以测试与人类某些相互关联的代谢途径相关的代谢物库和通量。 选择使用乳腺癌细胞和非癌性乳腺细胞进行比较分析的原因是，它是代谢的核心支柱，提供能量、辅因子再生和细胞合成构建单元。 癌细胞还被发现显示出在上述某些途径中发挥不同的作用。
术语
- 非必需氨基酸
amino acids that are not produced by humans and they are not essential.
- NMR
- 核磁共振； 基于原子核的量子力学磁性的一种物理现象
- 肿瘤发生
- 是指体内肿瘤的形成，通常由癌基因的突变引起。 这些肿瘤是由于细胞基因的改变导致细胞失控繁殖（细胞分裂），从而在它们所在的组织中产生病变
- 补体通量
- 补充特定途径（如柠檬酸循环）的中间体
- 同位素异构体
isomers having the same number of each isotopic atom but differing in their positions
联系：我们已经广泛探讨了柠檬酸循环及其关键成分。 本文也重新审视了这些要点。 此外，本文还讨论了与该循环相关的波动。
ScienceDirect
[编辑 | 编辑源代码]本文指出，氨基酸标记包含用于计算代谢通量的重大信息。 与蛋白质不同，细胞内氨基酸是持续合成和消耗的。 由于细胞内氨基酸的浓度在毫摩尔范围内很低，因此 GCMS 被用于分析数据，因为它是一种用于快速、准确和灵敏的标记分析的出色工具。 总体而言，所进行的实验是在从酿酒酵母中提取的细胞内氨基酸上进行的。 通过比较其在扫描模式下获得的质谱图及其保留时间与纯 TBDMS 氨基酸的保留时间来识别氨基酸。
术语
- 保留时间
- 半导体引线框架的离子污染测试，即特定离子类型从进样口到检测器所需的时间。 每个离子类型的保留时间通常不同
- HPLC
- 高效液相色谱是一种柱色谱形式，经常用于生物化学和分析化学。 它有时也称为高压液相色谱。 HPLC 用于通过使用被分析物质（分析物）与色谱柱之间的各种化学相互作用来分离混合物的成分。
- 蛋白质氨基酸
- 也称为标准、正常或初级氨基酸，是指在蛋白质中发现的 20 种氨基酸，它们由标准遗传密码编码。 蛋白质生成实际上意味着蛋白质构建。 蛋白质氨基酸通过称为翻译的过程组装成多肽（蛋白质的亚基）（蛋白质生物合成的第二阶段，是基因表达整体过程的一部分）。
- 冻干
- 冷冻干燥
- 衍生化
- 是一种化学技术，它将化学化合物转化为具有相似化学结构的产物，称为衍生物。
连接： 在课堂上，我们一直在讨论氨基酸及其在已讨论的代谢途径中的来源。 在这篇文章中，一个氨基酸与 N-甲基-N-叔丁基二甲基硅烷基三氟乙酰胺反应，生成叔丁基二甲基硅烷基 (TBDMS) 衍生物。 组成官能团的氨基酸被转化为 TBDMS 衍生的残基。 如果你查看与文章相关的表格，你将能够分辨哪些 TBDMS 衍生物形成了。 在课堂上，我们学习了天冬氨酸是如何从葡萄糖形成的。 它是通过丙酮酸形成的，丙酮酸通过丙酮酸羧化酶和生物素转化为草酰乙酸，或者通过乙酰辅酶 A 通过柠檬酸循环生成柠檬酸。
http://www.scientific.org/tutorials/articles/gcms.html 这是一个解释 GC-MS 工作原理的网站。
GC-MS 分为两部分。 第一部分是气相色谱部分。 在这部分中，化学混合物被分离成纯化学物质的脉冲。 化学物质根据它们的挥发性，即它们蒸发成气体的难易程度进行分离。 GS 部分有三个主要组成部分：进样口 - 1 微升含有化学物质混合物的溶剂被注入 GC。 样品由惰性气体带过仪器。 惰性气体通常是氦气。 进样口被加热到 300° C。 这种温度使化学物质变成气体； 烘箱 - GC 系统的外部分。 色谱柱被加热以推动分子通过色谱柱。 平均烘箱温度在 40°-320° C 之间； 色谱柱 - 位于烘箱内部。 它们是内壁涂有特殊聚合物涂层的 30 米细管。 化学混合物根据它们的挥发性进行分离，并由氦气带过色谱柱。 挥发性高的化学物质比挥发性低的化学物质更快地穿过色谱柱。
MS 是第二部分。 这部分用于根据化学物质的结构对其进行识别。 它有三个部分：离子源 - 分子通过 GC 部分后，会受到电子轰击，将其分解成碎片，并变成带正电的粒子，称为离子； 过滤器 - 电磁场，根据质量过滤离子； 检测器 - 统计具有特定质量的离子的数量。 信息被发送到计算机，并创建质量谱。
与 GC-MS 相关的维基百科链接
http://en.wikipedia.org/wiki/GC-MS
同行评审文章 #1
基于 GC-MS 的除草剂处理植物代谢谱的时间分辨研究表明，仅极性初级代谢物的变化就能区分作用方式不同的除草剂
代谢组学。 2009 年 9 月；5(3)：277–291'"
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