代谢组学/分析方法/核磁共振/1H 核磁共振
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现代应用
鸦片罂粟被认为是生物碱植物代谢研究的理想模型，因为它拥有种类繁多的生物活性苄基异喹啉生物碱。该植物的栽培产生了诸如吗啡和可待因等商业麻醉止痛药。环境刺激能够影响次生植物代谢，而次生植物代谢反过来能够调节其他植物代谢途径。研究人员使用质子核磁共振 (1H NMR) 代谢组学来研究经真菌诱导剂处理的鸦片罂粟细胞中初级和次生代谢之间的相互关系。这项研究的见解有望揭示现有鸦片生物碱对人体代谢组的直接益处。
代谢物指纹图谱和化合物特异性分析揭示了初级代谢途径的广泛重编程，这些途径与生物碱生物合成诱导相关，是对诱导剂处理的反应。使用 Chenomx NMR Suite v. 4.6 核磁共振波谱仪，在 100 小时的定时试验中监测了对照组和诱导剂处理的鸦片罂粟细胞培养物中 42 种不同代谢物的含量。在诱导剂处理后的 5 小时内，诱导剂处理的细胞代谢组中的动态变化最显着地体现在碳水化合物、有机酸和非蛋白质氨基酸的细胞库中。对照组在试验进行约 80 小时后表现出丰富的波动，在氨基酸和磷脂途径中间体含量中最为明显。总体而言，在产生次生代谢前体的初级代谢过程中检测到调制。这些调制需要糖酵解、三羧酸循环、氮同化、磷脂/脂肪酸合成和莽草酸途径中代谢物波动的变化。
初级和次生代谢以及相关辅因子生物合成途径的全面重编程对于分析细胞培养物对诱导剂处理的反应是必要的。最终，收集到的数据在特定条件下生成了这种代谢重编程的高分辨率图谱。
用于实验的 Chenomx NMR Suite v. 4.6 波谱仪“能够基于其各自的特征光谱识别和量化单个化合物”。在进行的实验中，样品通过1H NMR 在 D2O 中进行分析。使用核磁共振波谱而不是质谱 (MS) 进行代谢组学分析，使得样品制备更加容易，是一种不破坏样品分析物的分析方法，并且是一种更高效、更全面的化合物鉴定方法，可以提供未知化合物的结构描述。1H NMR 的应用还揭示了许多以前在涉及 MS 分析的研究中尚未观察到的细胞代谢物。
展望
鸦片罂粟核磁共振谱
http://www.biomedcentral.com/1471-2229/8/5/figure/F1
参考文献
http://www.biomedcentral.com/1471-2229/8/5
概述: 核磁共振 (NMR) 是一种强大的光谱技术，可以提供有关某些分子的结构和化学性质的信息。核磁共振的独特之处在于它是为数不多的用于分析结构和分子动力学的非破坏性方法之一。质子核磁共振通过利用 H1 原子置于强磁场中时的行为原理工作。
基本上，当样品置于磁铁中时，质子原子的原子核会与磁场对齐，类似于指南针的指针在地球磁场中对齐的方式。核磁共振波谱中使用的磁铁比地球磁场强一万倍。核磁共振实验包括对样品施加射频脉冲能量。这些脉冲刺激原子核偏离其平衡位置并开始绕磁场轴旋转。原子核旋转的确切频率与分子中原子所处的化学和物理环境有关。因此，通过使用不同的脉冲和延迟组合，可以确定分子中每个原子如何与分子中的其他原子相互作用。最后，通过使用这些相互作用的大量数据集，可以计算出分子的三维结构。核磁共振还可以用于观察动态过程。其中一些是在较大分子区域内的内部运动，例如蛋白质中的环或 DNA 或 RNA 中的碱基对。核磁共振也可以用于监测化学反应。
图像 - http://www.pharmacy.arizona.edu/faculty/yanglab/images/NMRFacility/NMR.JPG
维基百科中任何相关材料的链接 http://en.wikipedia.org/wiki/Proton_NMR
http://en.wikipedia.org/wiki/NMR
http://en.wikipedia.org/wiki/NMR_spectroscopy
在线资源 #1: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
化合物光谱数据库
该网站是一个数据库，包含大量有机化合物的波谱图像。它将化合物整理成一个集成有机化合物光谱数据库系统，使任何人都可以使用它作为参考。该网站不仅包含质子核磁共振图像，还包含各种其他可视化技术。它的主要目的是将所有现有的关于有机化合物光谱的信息整理成一个易于管理的系统。通过了解分子量、分子式、化合物名称，甚至分子中存在的原子，可以获得一个与该标准相符的有机化合物列表。
术语 -
有机化合物 - 基于碳链或环的化学化合物，也含有氢，可能含有氧、氮和其他元素
拉曼光谱 - 一种光谱技术，用于凝聚态物理学和化学中研究系统的振动、旋转和其他低频模式
电子自旋共振光谱 - 用于研究具有一个或多个未配对电子的化学物质的技术，例如有机和无机自由基或具有过渡金属离子的无机络合物。
SDBS - (光谱数据库系统) 用于有机化合物的集成光谱数据库系统。
光谱仪 - 一种光学仪器，用于测量电磁波谱特定部分的光的特性。
光谱宽度 - 所有光谱成分的幅度大于所讨论的成分的波长间隔。
联系 -
该网站与我们的生物化学课程相关，因为我们学习的大多数分子都包含在这个数据库中。我们书本和课堂讨论中的分子是通过质子核磁共振技术发现或分析的。这些分子的光谱被整理到该网站的一个大型数据库中。
图像 - http://freebsd.kde.org/img/screenshots/en_jon-d_screen4.png
在线资源 #2: http://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/tutorials/molspec/nmr1.htm
质子核磁共振工作原理的描述
该网页深入分析了核磁共振的工作原理及其背后的理论。该网站继续解释了核自旋和磁场中能级分裂如何影响核磁共振产生的图像。它阐明了核磁共振设备产生的磁场改变了质子原子核的自旋和化学位移，从而导致机器拾取了不同的信号。这些信号中的每一个都对应于与氢的特定键以及所讨论的分子，并以图形的形式呈现给用户。然后，用户可以解释此图形以确定分子的特定键和结构。
术语 -
核自旋 - 一些原子核的内在特性，使其具有相关的特征角动量和磁矩
量子力学 - 适用于极小尺度的物理定律，例如基本粒子、原子。
原子核 - 原子的带正电荷的致密中心
自旋弛豫 - 描述了具有相同进动频率但磁量子态不同的相邻原子核之间的相互作用
自旋-自旋耦合 - 附近原子核的核自旋之间的相互作用，会导致核磁共振谱中共振线的特征分裂。
联系 -
该网站与课堂主题相关，因为它展示了用于理解生物化学的工具背后的科学。生物化学家们一直在努力识别新的蛋白质并定义书本中提到的生物过程。为了理解它们，他们需要能够可视化分子和反应中的原子。为了可视化它们，他们将使用电子显微镜、核磁共振或其他技术。质子核磁共振是迄今为止最简单、最有效的方法之一，可以快速了解所讨论的分子。
图片 -
http://pages.unibas.ch/mdpi/ecsoc-4/c0030/Image528.gif
http://www2.ups.edu/faculty/hanson/Spectroscopy/NMR/splittingtree.gif
在线资源 #3:http://www.stolaf.edu/depts/chemistry/courses/toolkits/380/js/nmr1/
质子化学位移数据库
本网站是一个很棒的数据库，可以查看不同芳香族化合物的化学位移。该网站允许您操纵图中显示的不同频率、化合物和官能团。这使人们能够对某些分子的化学位移中应该寻找什么有一个大致的了解，并为某些分子和官能团提供一个标准。该数据库可以作为那些试图识别所讨论的代谢物或分子的人的参考。
术语
官能团 - 一种或多种原子的特定结构，负责物质的化学行为
化学位移 - 给定原子核的共振频率与其标准参考原子核的共振频率之间的差异
峰 - 图表中导致识别分裂的部位，是化学结构的指标。
芳香性 - 是一种化学性质，其中不饱和键、孤对电子或空轨道的共轭环表现出比单独共轭的稳定性更强的稳定性。
NMR 共振频率 - 设备上的一个变量，对于特定物质而言，它与所施加磁场的强度成正比。
联系 -
本网站与生物化学课程相关，因为它很好地直观地展示了生物化学家如何确定他们试图识别的化合物的结构。由于此网页重点关注芳香族化合物，因此它与生物化学家息息相关，因为苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸都含有苯环。因此，如果一位生物化学家试图在代谢组学数据库中识别代谢途径中的代谢物，他可以参考该网站。如果他的代谢物的质子 NMR 与芳香族氨基酸的质子 NMR 相匹配，他将能够缩小他的选择范围。
图片 -
http://www.le.ac.uk/by/teach/biochemweb/images/aromatic.gif
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/imgorg/aromatic2.gif
质子 NMR 的应用
本文研究了质子 NMR 如何被用于测量慢性血管并发症之前和伴随发生的微妙代谢变化。这些并发症是糖尿病患者过早死亡的主要原因。科学家们在他们的研究中使用质子 NMR 对高风险糖尿病患者进行多代谢物表征。为此，他们测量了大量 I 型糖尿病患者的血清。借助 NMR，他们能够开发新的代谢组学框架来可视化和解释数据，并将代谢谱与潜在的诊断和生化变量联系起来。
术语 -
大血管 - 属于大血管系统，即身体血管系统的一部分，包括较大的血管，其内径大于 100 微米
血清 - 从血浆或全血样本凝固后得到的无细胞液相
代谢组学 - 研究对药物、环境变化和疾病的代谢反应
生物标志物 - 血清中水平可以指示疾病存在或程度的物质
代谢谱 - 检查血样以确定其化学、物理或血清学特征
联系 -
本文与课堂讨论相关，因为它展示了代谢组学的应用以及如何将其应用于疾病的诊断和治疗。这项研究特别关注糖尿病，并使用代谢组学的近亲代谢组学来确定每种不同的代谢物如何影响代谢途径。质子 NMR 通过让科学家更容易地在体内和体外观察糖尿病患者血液中的代谢物来提供帮助。这种观察代谢物的能力使研究人员能够了解代谢物对途径的影响，并有助于完成对糖尿病患者的代谢组学研究。
图片
http://www.wired.com/ly/wired/news/images/full/ulderleg1_f.jpg
http://www.greenfacts.org/images/glossary/serum.jpg
文章 #2:http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/112149537/ABSTRACT?CRETRY=1&SRETRY=0
使用质子 NMR 确定代谢途径
本文重点介绍一种新的技术，该技术利用水抑制局部质子 NMR 光谱和刺激回声来检测体内人脑中的代谢物。这种技术能够将质子 NMR 应用于 64 平方毫米的区域，以便观察枕叶中的分子。他们能够观察到的代谢物是乙酸盐、N-乙酰天冬氨酸、-氨基丁酸、谷氨酰胺、谷氨酸、天冬氨酸、肌酸和磷酸肌酸、含胆碱的化合物、牛磺酸和肌醇。使用这种技术，他们能够比较体内不同的代谢组学途径。
术语 -
光谱学 - 是对激发原子发射的光线进行分析，因为电子通过其轨道下降。
体内 - 在活的有机体中，与体外（在实验室中）相反。
脑枕叶 - 哺乳动物大脑的视觉处理中心，包含视觉皮层的大部分解剖区域。
MRI - 一种非侵入性、非 X 射线诊断技术，基于体内氢原子的磁场。
光谱 - 光谱的复数。一系列波长。
联系 -
本文与过去关于代谢组学的课堂讨论密切相关。它处于这项新科学的根源，揭示了如何使用现有的工具来帮助人类代谢组学项目。通过能够在体内观察系统途径的中间体和最终产物，确定不同代谢物对途径的影响变得容易得多。这是因为它如果一个人将某种代谢物添加到身体的某个位置，质子 NMR 将允许我们看到它如何影响途径的最终产物，而无需去除组织。
图片 -
http://cis.jhu.edu/data.sets/cortical_segmentation_validation/photos/occipital75.jpg
http://www.nature.com/npp/journal/v32/n6/images/1301248f1.jpg
质子 NMR 的应用
本文是一项关于小鼠的研究的综合汇编，该研究以质子 NMR 为主要可视化工具。这项研究的主要目标是表征脂肪组织沉积物和其他内脏器官，并建立体内表型模型。实验使用质子 NMR 进行形态学分析，并创建了一个以特定脂质沉积物为重点的 1H-NMR 光谱。实验结果表明，质子 NMR 可以非常精确地测量体内不同类型脂质沉积物的数量。除了确定不同类型的脂肪（皮下和内脏）之外，他们还确定质子 NMR 允许他们确定储存的甘油三酯的饱和度和不饱和度。
术语 -
范式 - 一个作为模型的例子
表型 - 有机体的可观察到的物理或生化特征，由遗传和环境决定。
皮下 - 皮下
内脏 - 属于内脏器官的膜状覆盖物
ob/ob 小鼠 - 众所周知的肥胖和糖尿病动物模型。
联系 -
本文与我们课堂上学习的内容在很多方面相关。最明显的是脂质合成和代谢，其中研究展示了如何查看甘油三酯沉积物的总体分解和形成。如果一个人在对受试者施加不同的刺激和环境之前和之后使用质子 NMR，就可以确定发生的脂质代谢量。此外，通过固定受试者的饮食，我们可以找到与糖酵解相比发生的脂质代谢百分比。
图片 -
http://www.hsph.harvard.edu/GSH-LAB/images/obese_mice.jpg
文章和网页供审查和包含
[edit | edit source]同行评审文章 #1：
[edit | edit source]肾脏病学研讨会，第 27 卷，第 6 期，第 609-620 页，2007 年 11 月
主要重点
[edit | edit source]- 确定资源的主要重点。可能的答案包括特定生物、数据库设计、信息的整合，但还有更多可能性。
新词
[edit | edit source]- 新词 1
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摘要
[edit | edit source]- 在此输入您的文章摘要。请注意，每个条目开头的标点符号非常重要（有时结尾也是）。它应该是 300-500 字。文章的主要内容是什么？他们试图回答什么问题？他们找到了明确的答案吗？如果是，是什么？如果不是，他们发现了什么或他们的发现中有哪些想法存在冲突？
与传统代谢课程的相关性
[edit | edit source]- 请用 100-150 字描述本文内容与传统代谢课程之间的联系。这篇文章是否涉及特定的代谢途径（例如糖酵解、柠檬酸循环、类固醇合成等）或调控机制、能量学、定位、途径整合？它是否讨论了新的分析方法或思路？这篇文章是否展示了与人类基因组计划（或其他基因组计划）的联系？
利用 1H-NMR 光谱和多元数据分析对感染植原体的长春花叶片进行代谢鉴别
植物生理学 135:2398-2410 2004
- 确定资源的主要重点。可能的答案包括特定生物、数据库设计、信息的整合，但还有更多可能性。
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- 请用 100-150 字描述本文内容与传统代谢课程之间的联系。这篇文章是否涉及特定的代谢途径（例如糖酵解、柠檬酸循环、类固醇合成等）或调控机制、能量学、定位、途径整合？它是否讨论了新的分析方法或思路？这篇文章是否展示了与人类基因组计划（或其他基因组计划）的联系？