代谢组学/代谢组学导论/与传统代谢的关系
代谢组学与传统代谢的关系
与代谢相关的传统分析生物化学方法正在缓慢而谨慎地被代谢组学这一新兴且更有效的方法所取代。之所以这样做，是因为经典代谢的旧方法无法产生系统生物学和代谢工程目标所需的数据类型，因为它们集中于单一通路，并且仅关注它们之间的一小部分相互作用。相比之下，代谢组学对于各种系统生物学问题（如营养基因组学和毒理学）的有效性要高得多。以前，所有尝试都集中在蛋白质组学和基因组学上，因为跟踪整个代谢组是一项极其困难的任务。但随着用于执行此操作的更便宜、更有效的方法的开发，代谢组学逐渐变得比蛋白质组学和基因组学更有效。差异之大足以迫使人们重新思考实验过程和程序，以及数据共享和获取的整合。甚至命名法和术语也正在进行大修，表明代谢组学在关注点和方法方面发生了多么根本的变化。这并不意味着还原论方法毫无用处。通过还原论，可以更好地理解生物体的生化过程和代谢系统的一部分。代谢的经典分析生物化学并没有被取代。它在新的令人兴奋的生物学和生物化学研究和应用领域仅仅拥有一个全新的以系统为导向的合作伙伴，这些领域甚至现在正在开放。
代谢组学与传统代谢的关系并不仅仅是生物化学或蛋白质组学用来分析的。当然，许多其他生物学专家可以查看代谢途径并将其与他们的专业领域联系起来。无论是中间体浓度增加还是减少，还是代谢物的阻断或降解，它都会对该系统的整个生物学产生影响。考虑苯丙氨酸的代谢。我们人体无法合成苯丙氨酸，必须通过饮食获取。存在于所有蛋白质（牛肉、鸡肉、鱼、猪肉、酸奶、鸡蛋……）中的苯丙氨酸被称为 L-苯丙氨酸。苯丙氨酸的其他形式是 D-苯丙氨酸和 D/L-苯丙氨酸，是 L 和 D-苯丙氨酸 50/50 的混合物。D-苯丙氨酸不存在于食物中，但可以在实验室中合成。
苯丙氨酸是一种重要的氨基酸，因为人体将苯丙氨酸转化为酪氨酸，酪氨酸代谢为乙酰乙酸（一种酮体）和延胡索酸（一种有机酸，是柠檬酸循环的中间体）。苯丙氨酸是一种必需氨基酸，因为它有助于合成正确的中间体，作为人体能量合成机制的一部分。如果我们考虑苯丙氨酸的代谢，该途径中的每一个中间体都很重要。如果我们考虑苯丙氨酸的代谢，该途径中的每一个中间体都很重要。
遗传学家会怎么说？
如果一个基因发生突变导致该途径中的一种酶功能失调，将导致血液中积累中间体，最终导致遗传性疾病。当这种情况发生时，中间体的积累会导致细胞破裂，或者会导致人体找到一种方法来分解多余的中间体，这两种情况都可能引发严重的疾病和器官损伤。例如，苯丙氨酸羟化酶是将苯丙氨酸转化为酪氨酸的酶。如果发生突变导致苯丙氨酸羟化酶功能失调，这意味着它不允许苯丙氨酸转化为酪氨酸，血液中就会积累苯丙氨酸。人体必须找到一种方法来清除多余的苯丙氨酸，因此苯丙氨酸被转化为苯丙酮，这是一种有毒的中间体，会导致苯丙酮尿症 (PKU，12q22-q24 突变)。PKU 患者的症状包括尿液中有鼠尿味，不可逆的智力迟钝和自闭症。考虑苯丙氨酸代谢中将同源酸转化为马来酰乙酰乙酸的同源酸氧化酶。如果存在一个限制该酶功能的突变，将导致血液中同源酸的积累。这会导致一种被称为苯丙酮酸尿症 (AKU，3q21-q23 突变) 的遗传性疾病。阿奇博尔德·爱德华·加罗德爵士发现了这种先天性遗传疾病，并提出如果基因发生突变，它会改变途径中的酶。这种疾病会导致尿液变黑，因为同源酸在暴露于空气中时会在尿液中氧化。此外，由于同源酸的沉积，关节、骨骼和巩膜中会出现黑化症（黑色素）。在每一种由苯丙氨酸代谢引起的遗传疾病中，如果途径中发生突变导致中间体积累。
文章：PKU 突变 G46S 与苯丙氨酸羟化酶的聚集和降解增加有关。
http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolism#Investigation_and_manipulation
一般概述
新术语
- 还原论
- 理解复杂实体或过程的功能和本质的一种方法，通过将其简化为其各个部分和子过程的相互作用来实现。它被认为是直到最近理解化学的主要方法，代谢组学和其他系统生物学领域的新方法表明，还原论对于生物科学的需要及其应用来说并不有效。 wiki/还原论
- 代谢网络
- 决定细胞生理和生化特性的代谢和物理过程的完整集合。整个代谢网络与代谢组密切相关。 wiki/代谢网络
- 放射性示踪剂
- 一种放射性分子，用于追踪一组反应中分子和原子的流动。也可以用来追踪生物体液。 jhsmiami.org
- 代谢途径
- 生化命名法中，途径一词描述的是一系列相关的化学反应，这些反应按顺序发生，从一个任意起点开始，然后到达一个任意终点。途径模型用于简化生化系统的复杂性，以便于分析和教学。代谢途径是代谢组的具体生化途径。（从资源的语境中推断）
- 分子动力学
- 一种计算机模拟形式，试图根据已知的物理定律对原子和分子的运动和相互作用进行建模。在本资源的语境中，它是经典生物化学方法之一，利用化学的简化方面来尝试对整体进行建模。 wiki/分子动力学
课程相关性
- 本资源与课程直接相关，因为我们今天继续使用还原论方法学习生物化学。生化途径是学习代谢生物化学的标准部分，我们迄今为止所做的一切几乎都与学习和测试我们对动物和植物细胞代谢网络中各种重要途径的知识有关。
http://msi-workgroups.sourceforge.net/ 代谢组学标准倡议
一般概述
- 本资源的重点是在代谢组学领域起步阶段及之后提供重要信息并建立标准。它协调了几个工作组，共同详细说明了代谢组学领域的目标和标准，并为其他从事类似项目的科研人员带来益处。
- 生物元数据工作组负责详细说明代谢组学实验的元数据，并根据代谢组学协会代谢组学协会网页建立运行代谢组学实验的标准。化学分析工作组的工作是“在代谢组学的所有方面识别、开发和传播最佳化学分析实践” CAWG。他们并非负责决定如何运行实验，而是建立一套最低标准供大家遵守。数据处理工作组专注于为算法和数据报告建立标准 DPWG，而本体工作组则专注于使代谢组学的语言连贯且易于理解，以及与科学相关 OWG。交换格式工作组专注于信息交换和分析格式。EFGW.
- 所有这些工作组都代表着将代谢组学确立为独立领域的持续努力。它表明，经典分析生物化学的旧术语和方法对于新的代谢组学领域来说是不可行的。需要一套新的术语、描述和本体这一事实表明，该领域已经从传统领域发展了多远。
新术语
- 本体 (信息科学)
- 一个领域中的一组概念及其之间关系的表示。 wiki/本体 (信息科学)。在本资源的语境中，该领域是代谢网络和代谢组，以及代谢组学科学及其包含的概念。
- 数据处理
- 将原始数据（通常通过算法或分析）转换为关于某个主题或概念的知识。在本资源的语境中，数据处理指的是处理有关代谢物和代谢网络的数据，以产生有关生物系统功能及其扰动影响的知识。
- 代谢组学协会
- 一群致力于促进代谢组学领域发展和发展的科学家和研究人员，以及促进代谢组学与其他相关领域之间的合作。
- 受控词汇 (CV)
- 一系列术语和概念描述，这些术语和概念被迫遵循特定的规则或惯例，以便在有关某一研究领域的讨论中最大程度地发挥作用。
- 不同资源
- 多样化或明显不同的资源。由于资源之间的差异使得翻译变得困难，因此资源的这种状态通常会导致数据通信问题。 www.merriam-webster.com
课程相关性
- 生物环境和化学分析的描述与我们的课堂工作密切相关，因为它描述了代谢研究的新基本标准，并涉及我们所学到的许多生化途径和方面。
http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolite 维基百科关于代谢组学的文章
一般概述
- 本资源的重点是对代谢组学和代谢组的概述。它描述了代谢组和代谢物，以及对它们的研究所涉及的代谢组学本身，然后继续介绍这个新领域的历史。该网页描述了用于从代谢组获取数据并应用这些数据的分析技术。它还概述了该研究领域可以应用的许多主要应用。
新术语
- 系统生物学
- 生物学研究的新领域，专注于对生物系统中复杂相互作用的系统分析。这代表着生物学从还原论转向整合论的转变。一些科学家指出，系统生物学并非新事物，而是生物学最初运作方式的回归，在生物学最初时期，人们完全依赖于学习整个系统。
- 代谢物
- 代谢过程的产物和中间物质。 wiki/代谢物#代谢物
- 次级代谢物
- 任何不直接参与生物体正常发育、生长和/或繁殖的有机化合物。 wiki/次级代谢物
- 超循环 (化学)
- 一个自我复制的大分子系统，其中 RNA 和酶相互合作 (参见图片)。大分子还相互合作以提供原始翻译能力，使信息能够被翻译成酶。 pespmc1.vub.ac.be
- 代谢组学
- “对活系统对病理生理刺激或基因修饰的动态多参数代谢反应的定量测量” wiki/代谢物#代谢组学
- 营养基因组学
- 营养与基因组学之间关系的研究，以及增强和监测人类健康的应用。 wiki/营养基因组学
课程相关性
- 详细描述了生物体代谢系统的运作方式，以及全面了解这些系统需要什么。我们的课程涉及代谢组学与传统代谢之间的差异，以及对代谢组学本身的介绍。本资源对我们在第一个代谢组学项目中自学的内容提供了非常概括但信息丰富的视图，并对其进行了略微扩展。它还描述了代谢组，我们通过使用经典生物化学的还原论方法，通过途径逐一了解。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1197421#id2593737 代谢工程在组学时代: 阐明和调节调节网络
一般概述
新术语
- 代谢工程
- 优化细胞中的调控和遗传过程，以便更有效、更快地生产某些物质。本文的全部内容都围绕着如何使这种优化变得更容易、更有效。 wiki/代谢工程
- 蛋白质水解
- 细胞酶或其他细胞机制对蛋白质的消化，用于多种目的。本文将其列为层次结构中翻译水平上的表型调控方法之一。 wiki/蛋白质水解
- 整体方法
- 一种避免将整体功能分解成各个部分来理解的方法，而是试图理解整个系统的功能。（从文章的语境中推断得出）
- 分层代谢调控
- 一系列理论，阐述代谢调控以分层的方式运作，其中基因水平是最底层，蛋白质翻译水平是下一层，酶促调控水平是最上层。它还指出，2级和3级之间存在复杂的相互作用，经常将两者融合在一起。（从文章的语境中推断得出）
- 双生长
- 指细菌菌落代谢混合代谢物（通常是糖类）时的生长阶段。 wiki/双生长
与课程的联系
- 本文与生物化学课程相关
- 本文主要通过对代谢组学部分的描述以及对代谢工程的关注与生物化学课程相关。所有这些内容都严重依赖于代谢和代谢知识。然而，本文本身建议转向代谢组学（以及其他组学）中更注重系统的研究方法，因为过去集中于单一途径和小规模整合的方法不足以获得代谢工程师想要实现的目标所需的知识。这与我们代谢组学项目及其与我们学习的传统方法的对比有关，传统方法将系统简化为独立的途径，并进行少量整合。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1626538 代谢谱的灰姑娘故事：代谢组学能参加功能基因组学舞会吗？
一般概述
- 这篇文章完全集中在代谢组学上，探讨它在不久的将来是否会成为科学竞争者。文章首先介绍了代谢组学的历史，以及它如何融入系统生物学研究和预测的整体方案（参见图片），以及在这个相对较新的领域工作中过去遇到的困难。由于需要同时跟踪的代谢物数量非常多，因此科学界之前将更多精力投入到蛋白质组学和基因组学研究。然而，现在使用的新技术具有高通量和低成本的特点。因此，代谢组学轻松超越了以往的代谢研究方法，并开始超越蛋白质组学和基因组学。
- 这篇文章描述了代谢组学的几个重大成功案例，包括酵母中沉默表型的比较、冠心病的高通量诊断以及杜氏肌营养不良症基因治疗的监测等。这些成果与之前对简单代谢的研究形成了对比，主要是因为它们具有更高的应用水平。代谢组学在生物化学的应用方面具有比传统代谢还原主义方法大得多的影响力。
- 这篇文章还讨论了在达到完全有效性之前需要编目和测量的海量数据，以及代谢组学和其他“组学”技术之间的交叉关联如何产生重大相互益处。例如，代谢组学是基因组学中突变追踪的有效快速表型分析工具，可以加速许多基因组学研究中的数据采集，并提供更准确的视图（参见图片）。
- 这篇文章还稍微详细地讨论了对强大数据库的需求，并解释了创建和填充这些数据存储和操作工具的技术和方法已经存在。文章接着指出了由于需要获取海量数据，因此需要新的、更强大的分析技术。尤其是需要新的软件来操作和分析传入的数据。文章最后指出，代谢组学在与其他“组学”协同工作以及彻底改变代谢谱分析方面具有巨大潜力，但代谢组学需要谨慎考虑许多不同的因素才能立足，尤其是在元数据方面。
新术语
- 元数据
- 字面意思是“关于数据的data”。 wiki/元数据 在本文的语境中，代谢组学元数据是指关于代谢物、它们相互作用的谱以及它们对整个系统的影响的重要辅助信息。对于代谢组学而言，元数据可能会达到非常高的水平，因为代谢谱中变化量以及相互关联的效应的规模可能是天文数字。
- 杜氏肌营养不良症
- 也称为DMD，是一种与X染色体上与肌萎缩蛋白相关的基因突变引起的肌营养不良症。它会导致男性儿童肌肉质量下降和肌肉功能逐渐丧失。 wiki/杜氏肌营养不良症
- 快速表型分析
- 表型分析通常是一个多级过程，需要多个测试、成像和病理学来确定样本的表型。 hopkinsmedicine.org 使用代谢组学生成代谢谱的快速表型分析是一种高速方法，可以生成与通常需要一系列分级测试和建模才能获得的相同结果信息。（从文章的语境中推断得出）
- 共振代谢物
- 在核磁共振波谱中，核磁共振用于检测某些化学物质。共振代谢物是指与其他代谢物具有足够相似的共振，以至于使用核磁共振难以甚至无法检测和编目的代谢物。（从文章的语境中推断得出）
- 毒理学损伤
- 一种代谢事件，其中化学物质或代谢物本身达到过高或过低的水平，或以某种方式与代谢系统相互作用，从而对系统或系统的一部分产生毒理学效应。（从文章的语境中推断得出）
课程相关性
- 这篇文章深入探讨了我们在课堂上学习过的化学途径。在讨论需要测量的代谢物数量时，这篇文章讨论了各种脂肪酸的结构和形成，以及这对代谢组学的数据需求可能产生的影响。它还讨论了与我们在成功案例中讨论过的途径相关的几个旁路，例如跟踪酵母中的氧化磷酸化和糖代谢以发现沉默表型。
- 这篇文章还讨论了代谢组学的许多新进展，这与之前项目以及代谢组学这一新兴领域的发展直接相关。
一般概述
- 这篇文章重点介绍了围绕之前的代谢谱分析方法的问题，这些方法以还原主义途径分析为中心。文章指出了使用典型途径方法绘制基因组规模代谢网络的尝试中的不足之处。
- 这篇文章是对传统代谢方法的实用性见解。例如，它在背景中描述了多少生物化学家会研究一个特定的途径，例如糖酵解，而没有考虑到可能与其相互作用的其他看似无关的途径。这篇文章提到了具有大规模代谢谱表示的实用性，以及它如何使科学家能够跟踪代谢系统在多个位置的扰动，从而提高代谢研究的效率和准确性。
- 这篇文章还讨论了重叠节点的问题，并提出了一种系统，其中代谢谱的浓度和重点可以由使用它的人员选择，以消除重叠节点，但避免丢失必要的数据和上下文。他们提出了一种使用几种算法绘制代谢图的软件系统。其中一些测试地图已显示出来（参见图片）。
- 本文建议使用混合二部图来建模数据（参见图片），并在绘图算法中使用多尺度聚类，以帮助将绘图分组，以便能够直观且轻松地跟踪，但不会导致数据丢失。（参见图片）。该绘图方法还使用递归算法绘制元节点，以通过从最嵌套到最不嵌套的方式绘制子图来进一步增强可视化。（参见图片）。
- 本文测试了软件和方法，并将绘图与其他方法进行了比较，跟踪绘图方法的准确性，以及是否更容易或更难阅读。
新术语
- 聚类
- 数据聚类是将数据集划分为多个子集的过程，每个子集被称为集群，以便每个集群中的数据共享一个共同的特征。与每个集群的接近程度通常被用作相关性的度量。wiki/数据聚类 在本文的背景下，聚类被用来确定哪个重叠的节点应该放在哪里，以防止每个表示的路径中节点重复。
- 混合图
- 图是图论中的基本对象。它是一组称为点、节点或顶点（本文中称为节点）的对象，它们通过线或边（本文中称为边）连接起来。wiki/混合图。混合图具体指的是某些边可能是有向的，而另一些边可能是非有向的，这意味着一个节点可以与另一个节点以单向关系相关联，或者两者都可以彼此相关联。这是基于代谢反应有时是可逆的，有时不可逆的背景。
- 二部图
- 一种图，其中顶点可以分成两个不相交的集合，使得每条边连接两个集合之间的顶点（同一个集合中的两个顶点之间没有边）。它们倾向于在匹配问题中很有用。wiki/二部图。在本文的范围内，选择二部图是因为节点没有连接（这是因为反应本身之间没有连接，底物本身之间也没有连接，它们是在那个例子中的节点）。
- 节点（图）
- 也称为顶点，它是形成图的基本单元。它们是图中的对象，边暗示着节点本身之间的关系。如果两个节点没有关系，那么它们之间就没有边。wiki/顶点图论
- 代谢扰动
- 任何导致代谢系统与其正常功能发生改变的事件（从文章中的上下文中收集）。
- 递归（递归算法）
- 一种定义函数的方法，其中定义的函数在其自身定义中被应用。更一般地说，它是一个概念，用于描述以自相似方式重复对象的进程。一个很好的类比是两面平行的镜子，它们显示出彼此的无限嵌套图像。递归算法很简单但很有效，因为递归的概念，并且总是需要某种形式的基本情况（结束条件）来阻止递归无限进行。在本文的背景下，递归算法被用来提高绘图技术的效率。wiki/递归
课程相关性
- 到目前为止，这篇文章与我们课堂学习内容的差异最大，因为它对统计分析、算法和绘图方法的强调程度很高。然而，它与我们的课堂作业有一些密切的联系，主要是因为它对过去方法的描述类似于我们自己在学习与代谢相关的生物化学时的 методология。
- 专注于单个途径或多个途径之间轻微相互作用的旧方法是我们学习代谢生物化学的方法。还原论的方法对学习有好处，因为它使事物更小、更容易被学生理解，而学生们仍在努力理解这些概念。
- 它也与我们学习的结果相关，因为我们大部分学习结果都来自遵循生物化学惯例的绘制图，这些惯例用于显示反应和路径整合。因此，它直接影响了我们学习生物化学的方法，而不仅仅是我们已经学到的材料。