代谢组学/分析方法/核磁共振/C 核磁共振
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研究人员努力识别和绘制内分泌细胞功能至关重要的酶促途径图，目的是将这些知识应用于各种疾病的治疗开发。13C 核磁共振波谱和同位素异构体分析已被证明在通过中间标记对细胞代谢过程进行定量分析方面非常有用，并估计碳进入三羧酸循环的程度。此外，研究人员已经讨论并报告了核磁共振应用于分析细胞组织提取物的细节。对神经内分泌组织样本进行的实验揭示了必须采取的具体注意事项，13C 核磁共振的应用方式以及如何推断13C 核磁共振结果。
核磁共振波谱的利用需要用磁场操纵具有核自旋的原子核，最终产生信号。然后可以解释此信号以提供分析物的生化、结构和解剖信息。13C 核磁共振涉及观察非放射性13C 碳同位素。与12C 碳同位素不同，13C 同位素具有核自旋，使其易于通过核磁共振观察。通过细胞代谢追踪13C 涉及用可代谢的13C 标记（例如在葡萄糖上）喂养细胞，并使用13C 核磁共振监测其在包括三羧酸循环、柠檬酸循环和糖酵解在内的代谢过程中的进展。通过谷氨酸（一种氨基酸）和一个 5 碳三羧酸循环副产物的13C 标记，观察到通过代谢途径的碳通量，然后使用核磁共振波谱。然而，这种分析方法容易出现许多缺陷。减少这些错误的可能性需要采取适当的预防措施，包括识别培养基对细胞或碳标记行为的任何影响，以及在解释13C 核磁共振数据时正确应用和选择代谢模型。
实验结果表明，在研究垂体腺瘤时，核磁共振的应用意义重大。具体结果包括确定宿主代谢调节剂的能力。应用还可以观察细胞功能调节剂的影响，从而可以观察代谢和细胞功能之间是否存在任何相互关系。预计核磁共振的应用将使研究人员能够识别标记碳通过与激素释放相关的代谢途径的命运。然而，研究人员必须小心并使用最具生理相关性的培养基和现代代谢模型，以防其实验结果无效或不适用于先前的结果。本质上，期望13C 核磁共振波谱的正确应用将提供信息，从而更好地理解细胞能量学。
参考文献
http://www.actabiomedica.it/data/2007/supp_1_2007/simpson.pdf
13C 核磁共振波谱
概述： 13C-NMR 是一种分析技术，用于识别有机分子中碳的数量和类型以及非等效碳原子的数量。它也用于确定化合物的结构。由于 13-碳具有具有磁性的旋转核，因此可以进行核磁共振。将含有 13-碳原子的化合物置于非常强的磁场中并用电磁能量照射。原子核吸收能量，称为磁共振。这种能量吸收是量子化的，并为特定化合物产生光谱。光谱仪是用于测量 13C 核吸收能量的仪器。它们是非常强大的磁铁，并用射频区域的电磁辐射照射原子核。光谱以具有各种峰的图形形式产生。分子中每个独特的碳原子仅产生一个峰。峰在图上的位置取决于化学位移。化学位移由分子中每个碳周围的电子密度决定。根据峰的位置及其化学位移，可以确定有机分子的结构，以及哪些官能团或其他原子与每个碳原子相连。
在线资源 #1 -
维基百科碳-13 核磁共振
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-13_NMR
重点： 本网站概述了碳-13 核磁共振的用途和工作原理。它主要关注与质子核磁共振相比，这种类型的核磁共振存在的复杂性。
术语： a) 自旋量子数 - 电子的内禀角动量（或电子的自旋）b) 化学位移 - 以相对于定义为 0 ppm 的标准化合物为参考表示的共振频率；峰在核磁共振刻度上的位置（以 ppm 测量）c) ppm - 百万分率；用于测量化学位移 d) J 耦合 - 由于两个原子核之间运行的磁场中键合电子的影响，两个核自旋之间的耦合（在 13C-NMR 中碳和氢之间会导致灵敏度降低，并使光谱难以读取）e) 1H-NMR（质子磁共振成像） - 用于识别有机分子中的氢原子
联系： 在讨论糖酵解途径时，我们追踪了碳原子通过该途径，以查看它们最终在丙酮酸中的位置。13C-NMR 是碳标记的标记，以便可以跟踪它们在整个途径中的运动。
在线资源 #2 -
碳-13 核磁共振教程
http://www.wfu.edu/~ylwong/nmr/c13/
重点： 本网站全面概述了 13C-NMR。它描述了 13C-NMR 的用途和工作原理。它还描述了化学位移和碳与氢的裂分。有一些交互式练习可以帮助您进一步了解其工作原理以及如何解释不同化合物的 13C-NMR 光谱。
术语： a) 共振 - 当翻转质子从其低能态到其高能态所需的能量与磁场强度成正比时 b) 脂肪族 - 一类饱和或不饱和碳化合物，其中碳原子以开链形式连接 c) TMS（四甲基硅烷） - 参考化合物；在光谱上标记零点 d) 芳香族化合物 - 通过电子离域稳定的环状共轭不饱和分子
联系： 我们在课堂上学习的代谢途径中形成的大多数分子可能是使用 13C-NMR 识别的。我们还可以通过使用 13C-NMR 追踪碳来找出某些碳在代谢途径产物中的最终位置以及产物的产量。
在线资源 #3 -
核磁共振波谱
http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/nmr/nmr1.htm
重点： 本网站全面概述了质子和 13C-NMR 波谱。有一部分关于 13C-NMR 波谱，包括与之相关的問題、改进、用途以及它真正深入到背后的物理原理。他们还解释了两种使用的光谱仪，即连续波光谱仪和傅立叶变换光谱仪。在他们提供的另一个页面上，他们包括有关 13C-NMR 的其他信息，例如非共振去耦合和通过极化转移增强不敏感核，这些是用于分类碳信号的技术。
术语： a) 异核去耦 - 一种电子技术，可以去耦合 13C 核和 1H 核之间的自旋-自旋相互作用 b) 脉冲技术 - 用短脉冲电磁辐射照射分子，而不是用电磁辐射缓慢扫描磁场；另一种使用傅立叶变换光谱仪的核磁共振波谱 c) 同分异构体 - 两种或多种具有相同化学式但分子内原子排列不同的化合物 d) 等位 - 在取代时产生可叠加产物，因此在光谱上和化学上相同 e) 连续波方法 - 在磁场发生变化或扫描时，用恒定频率的电磁能量照射分子；一种核磁共振光谱仪
连接: 如果我们要深入探讨代谢物或课堂上任何其他类型分子的结构，13C-NMR 将是一个很棒的工具来学习和使用。正如之前提到的，我们在回顾糖酵解时介绍了 13C-NMR，追踪碳原子在该途径中的变化。
同行评审文章 #1 –
脑部的局部体内 13C 核磁共振波谱
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=14679498
重点: 这是一篇非常棒的文章，讨论了 13C-NMR 在了解脑部碳水化合物代谢方面的用途。文章首先讨论了使用 13C-NMR 时所面临的困难以及局部 13C-NMR 波谱的成功实施。然后作者讨论了脑部体内局部 13C-NMR 波谱的成就，包括测量低血糖大鼠和人体的谷氨酰胺合成和脑糖原代谢等。
术语: a) 体内 - 在活生物体中 b) 自显影 - 使用 X 光胶片可视化放射性标记分子或分子片段的技术 c) 断层扫描 - 人体内部区域的一系列详细图片；这些图片是由连接到 X 光机的计算机创建的 d) 射频 (RF) - 电磁频谱中辐射所在的区域 e) 低血糖 - 血糖低的状态 f) 匀场 - 校正 NMR 系统主磁体产生的磁场不均匀性，这是由于磁体存在缺陷造成的
连接: 与我们在课堂上所做的内容相关，我们讨论了谷氨酰胺合成以及谷氨酰胺如何携带对我们身体有毒的氨。13C-NMR 有助于我们研究谷氨酰胺合成。如果我们要改变基因表达或将某些化学物质引入大鼠体内，我们可以观察到这是否会影响谷氨酰胺合成的速率。氨积累对脑部特别有毒，会导致死亡。通过找出导致谷氨酰胺合成水平低和氨过度积累的原因，我们或许能够找到一种医疗方法。我们还在课堂上讨论了低血糖。
同行评审文章 #2 –
超极化 13C 磁共振成像用于体内肿瘤诊断的代谢成像
http://cancerres.aacrjournals.org/cgi/content/full/66/22/10855
重点: 本文讨论了 13C-NMR 在癌症研究中的应用，特别是在肿瘤诊断方面。大多数肿瘤表现出高水平的有氧糖酵解，称为 Warburg 效应。他们正在使用一种方法，该方法涉及磁共振波谱和一种超极化技术，该技术在非常短的时间尺度上提高了可检测化合物信号强度。他们选择追踪的糖酵解途径化合物是丙酮酸，使用 13C-NMR。他们正在观察它如何转化为乳酸和丙氨酸，然后他们能够追踪所有三种底物在细胞中的变化。结果很有趣。他们证明在肿瘤细胞中存在高浓度的乳酸，这表明即使在有氧存在的情况下，肿瘤细胞也更喜欢无氧途径。此外，肿瘤细胞吸收的丙酮酸量表明它们需要大量的能量。
术语: a) 非侵入性 - 不切开或穿透皮肤的手术 b) 超极化 - 核自旋极化超出热平衡条件的增加 c) 表型 - 生物体的可观察性状或特征（在本例中为生化性状） d) 18FDG - 正电子发射断层扫描中使用的放射性药物 e) 坏死 - 细胞或组织死亡 f) PET (正电子发射断层扫描) - 使用放射性染料的特殊类型 X 光，显示出脑部代谢高于或低于正常水平的区域
连接: 与生物化学相关，本文主要讲述的是肿瘤细胞中的糖酵解途径。他们能够追踪丙酮酸中的碳原子通过糖酵解，然后通过乳酸发酵。13C-NMR 用于从代谢方面检测肿瘤。这在癌症研究中有很多医学应用。
同行评审文章 #3 –
高等植物中的甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷：积累和细胞内定位，通过 13C 核磁共振研究金丝桃属植物叶子和模型系统。
重点: 本文讨论了使用 13C-NMR 发现一种草本植物叶子中的主要成分，该成分是该植物代谢的产物，有助于减少甲醇在植物细胞质中的积累。MeG 是在叶细胞中发现的化合物，由葡萄糖和甲醇合成。
术语: a) 衰老 - 老化、衰退和死亡的过程 b) 液泡 - 植物细胞中的大型细胞器，包含水和废物 c) 双子叶植物 - 产生两个子叶的植物 d) 胞质溶胶 - 细胞的内部液体 e) 越冬 - 在冬季保持存活
连接: 在课堂上，我们讨论了植物如何合成碳水化合物。MeG 是一种由葡萄糖和甲醇合成的碳水化合物。MeG 对某些植物有益，因为它有助于去除植物中的有毒分子。我们确实谈到了人类如何清除废物，但这可以引导我们讨论植物如何清除它们的废物。
通过 13C 稳定同位素分辨代谢组学 (SIRM) 识别人类肺癌中代谢途径调节的改变
分子癌症 2009，8:41
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植物和动物系统中稳定同位素标记代谢物混合物的系统 NMR 分析：代谢途径的粗粒度视图
PLoS One. 2008;3(11):e3805. Epub 2008 年 11 月 25 日。
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