代谢组学/代谢物/碳水化合物
| 与碳水化合物途径相关的 KEGG 图谱 | |||
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| MetaCyc 碳水化合物途径 |
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| 碳水化合物合成 |
| 碳水化合物降解 |
| 糖酵解 |
| 磷酸戊糖途径 |
| 卡尔文循环 |
碳水化合物代谢物的示例
乳糖：http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=6134（PubChem）
糖原
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=439177
（PubChem）
核糖
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=5779
（PubChem）
甘油醛
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=751
（PubChem）
淀粉
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=439341
（PubChem）
网站
什么是生命？磷酸戊糖途径和糖原代谢 和 什么是生命？糖酵解和糖异生
摘要： 本网站概述了碳水化合物的基本知识及其在人体中的作用。它还涵盖了碳水化合物的代谢。葡萄糖氧化可以在糖酵解和磷酸戊糖途径中看到，而葡萄糖的再生在糖异生中看到。本网站逐步展示了这些途径的反应以及每个步骤的能量产出。该网站的第二个链接指向一个涵盖糖原代谢的页面，展示了糖原合成和降解的净反应。这两个链接都有关于葡萄糖和糖原代谢的主要控制机制的部分。
术语： 葡萄糖苷酶 - 参与分解淀粉和糖原等复杂碳水化合物的酶
抗坏血酸 - 具有抗氧化特性的糖酸。坏血病是由缺乏维生素 C 引起的疾病。
葡萄糖调节器 - 通过糖原合成和糖酵解在提供过量时去除葡萄糖，并在需要时通过糖异生提供葡萄糖
伴随 - 以被动方式伴随
肝脂酶 - 脂解酶，由肝细胞合成，位于肝窦毛细血管表面
磷酸葡萄糖变位酶 - 一种酶，在正向方向上将葡萄糖单体上的磷酸基团从 1' 位置转移到 6' 位置，或在反向方向上从 6' 位置转移到 1' 位置
UTP - （尿苷三磷酸）- 一种嘧啶核苷酸，包含有机碱基尿嘧啶
关系：本网站清楚地解释了碳水化合物代谢的含义。它展示了糖酵解和糖异生之间的关系，以及两种途径之间不同的三种酶。它还展示了碳水化合物代谢，特别是本例中的葡萄糖和糖原的主要控制方法。该网站是一个很好的资源，可用于更深入地了解葡萄糖和糖原代谢。
摘要： 人类代谢组数据库是一个包含有关小型代谢物信息的数据库。这些信息包括化学成分、分类学、在体内的位置、代谢物的正常水平、基因组序列、它参与的途径以及它与之相互作用的其他分子。该网站链接到 KEGG、PubChem、MetaCyc、ChEBI、PDB、Swiss-Prot 和 GenBank（见下文术语）。本网站特别易于使用，并且包含有关每个分子的海量信息。只需进入主页并输入要查找的分子名称即可。
术语： KEGG - 京都基因与基因组百科全书 - 用于将基因组与生命和环境联系起来的生物信息学资源
PubChem - 免费的小型有机分子化学结构数据库及其生物活性信息
MetaCyc - 代谢途径百科全书 - 包含来自 900 多种不同生物体的 900 多条途径
ChEBI - 生物学意义的化学实体 (ChEBI) 是一款免费提供的分子实体词典，专注于“小型”化学化合物
PDB - 蛋白质数据库 - 来自布鲁克海文国家实验室的实验确定的生物大分子 3-D 结构的档案
Swiss-Prot - 手动整理的蛋白质序列生物数据库
GenBank - NIH 遗传序列数据库，所有公开可用的 DNA 序列的注释集合
关系：本网站提供了对小型分子（如碳水化合物）信息的轻松访问，这些信息在代谢组学研究中非常有用。您可以确定代谢物在体内的正常水平以及可能导致这些水平升高或降低的参与途径。这将有助于筛查特定的代谢疾病。
摘要： 这是一个非常基本的网站，概述了碳水化合物代谢的原理。它涉及代谢物葡萄糖，包括其合成和降解途径。它还涉及其他碳水化合物，如淀粉、糖原和麦芽糖。该网站描述了这些代谢物在体内的用途以及它们如何参与不同的途径。碳水化合物代谢物的生物合成和调节也是本网站的一部分。
术语： 果糖 - 是一种简单的还原糖（单糖），存在于许多食物中
醛缩酶 - 一种帮助将葡萄糖转化为能量的酶
发酵 - 细胞在无氧条件下（没有氧气）产生能量的过程
丙酸 - 是一种天然存在的羧酸
生物素 - 维生素 H 或 B7，水溶性 B 族维生素，用于羧化反应
NDP-葡萄糖 - 核苷二磷酸葡萄糖 - 活化中间体
糖苷键 - 一种特殊的官能团，将碳水化合物（糖）分子连接到另一个分子
关系：该网站展示了碳水化合物代谢物在我们体内相互作用的不同方式，以及它们如何被合成和分解。该网站是可视化某些代谢物在哪里发现以及它们参与的途径的绝佳工具。凭借众多图表，该网站非常适合将碳水化合物代谢物融入人体大局。
同行评审文章
摘要： 硅藻负责地球 20% 的碳固定。然而，这种机制尚不清楚。本文试图通过提出硅藻碳固定的模型来阐明这一过程。关于金藻昆布多糖（硅藻中主要的碳水化合物）的合成和储存，人们也知之甚少。这种碳水化合物被分泌出来，是生物膜的主要成分。本文生成了碳浓缩机制、光呼吸、氧化和还原戊糖磷酸途径以及糖酵解反应模型。糖酵解反应模型如下所示。
术语： 硅藻 - 真核藻类主要类群，是最常见的浮游植物类型之一，大多数为单细胞
Rubisco - 核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 - 催化 CO2 的结合
金藻昆布多糖 - 硅藻中主要的储存碳水化合物
嵌合体 - 两种或多种遗传上不同的细胞种群
内共生体 - 任何生活在另一种生物体体内或细胞内的生物体
质体 - 只存在于植物细胞和光合作用原生生物中的细胞器，负责光合作用
计算机模拟分析 - 使用计算机结合信息学功能进行的分析
叶肉细胞 - 包含叶绿素的薄壁组织细胞
周质空间 - 质膜和外膜之间的空间
关系：人们对碳水化合物代谢和人体中许多不同的碳水化合物代谢物有很多了解。然而，令人惊讶的是，人们对硅藻如何固定二氧化碳知之甚少，因为二氧化碳对我们的生存至关重要。本文首次提出了这种机制的模型。也许有一天，我们会在这本教科书中找到这张图。
摘要： 为了访问本文，您必须先在生物学杂志上完成免费注册。这项研究是首批开发数学模型以描述观察到的代谢通量实验变化的研究之一。作为对活性氧的反应，酵母将从糖酵解转变为磷酸戊糖途径，作为对 ROS 的立即保护反应。这种转变是为了维持细胞中的氧化还原平衡。
术语： 有害的 - 有害的，有伤害性的
三磷酸甘油醛异构酶 - TPI - 催化三磷酸甘油醛异构体二羟基丙酮磷酸和 D-甘油醛 3-磷酸的可逆相互转换
代谢通量 - 代谢物流动速率
活性氧物种 - ROS - 氧离子、自由基和过氧化物，包括无机和有机
扰动 - 运动、过程、排列或平衡状态的干扰
从头 - 重新开始，重新开始
二酰胺 - 含有两个酰胺基团与一个或多个酸性或负性基团相连的化合物
关系：众所周知，人体会根据血液中的碳水化合物状态改变其使用的途径（糖酵解或糖异生）。这项研究现在表明，酵母会响应活性氧物种从使用糖酵解转变为磷酸戊糖途径。有趣的是，看到许多不同的生物体都具有在途径之间切换的能力，以抵消不利影响或节省能量。
先天性高胰岛素血症中新鉴定的 KCNJ11 突变导致的 ATP 敏感性钾通道活性的失稳
摘要： 本文证明了 ATP 敏感性钾通道在控制胰腺细胞分泌的胰岛素量方面的重要性。研究表明，该钾通道编码基因发生突变会导致膜去极化，从而导致胰岛素分泌的基线水平升高。这会导致高胰岛素血症疾病。
术语： 高胰岛素血症 - 指人或动物血液中胰岛素水平高于正常水平
磺酰脲类药物 - 一类口服降血糖药（用于降低 2 型糖尿病患者血糖水平的药片和胶囊）
磷酸肌醇 - 作为控制膜运输的蛋白质机器的直接局部调节剂或招募者
低血糖 - 是指血液中葡萄糖水平低于正常水平导致的病理状态
生长抑素 - 生长激素抑制激素
奥曲肽 - 强大的生长激素、胰高血糖素和胰岛素抑制剂
化学发光 - 由于化学反应产生的有限热量而产生的发光（发光）
外源性 - 由机体或系统外部因素引起的
关系：在整个代谢研究中，我们了解到在膜上需要 pH 值和电荷梯度。在这种情况下，电荷梯度对于细胞中的正确信号传导至关重要。去极化程度降低会导致胰岛素在更高的基线水平上分泌，从而导致高胰岛素血症疾病。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1694820.com
摘要： 这篇同行评审文章的主要内容是讨论糖酵解过程，该过程导致 ATP 的形成，ATP 是厌氧真核生物单鞭毛虫的主要燃料。ATP 和葡萄糖都是与糖酵解直接相关的代谢物，并将被纳入生物体的代谢组。由于厌氧真核生物缺乏完整的三羧酸循环，因此它们每分子葡萄糖只能提取少量 ATP。这与人类细胞相反，这使得这篇文章很重要，因为它讨论了糖酵解中酶的替代版本。在厌氧真核生物中，通过水平基因转移从相关细菌到其他真核生物，研究了丙酮酸正磷酸二激酶和焦磷酸盐 - 果糖 6-磷酸磷酸转移酶等酶。水平基因转移是指一个生物体将遗传物质转移到另一个非其后代的细胞的过程。对单鞭毛虫糖酵解途径的分析导致鉴定出单基因树和保守的 HGT 事件，这些事件为被称为 Ecavata 的原生生物的单系性提供了证据。氧单鞭毛虫与贾第鞭毛虫和阴道滴虫之间的共享水平基因转移事件进一步支持了这种关系。这种关系成为重要的资源，因为它侧重于使用单鞭毛虫的葡萄糖代谢物来确定其谱系。
术语： 水平基因转移 - 一个生物体将遗传物质转移到另一个非其后代的细胞的过程
单系性 - 包括一个祖先物种及其所有后代的生物群。
氧单鞭毛虫 - 一组鞭毛原生生物，仅在白蚁和其他食木昆虫的肠道中发现。
双鞭毛虫 - 一组鞭毛虫，其中大部分是寄生虫。也归类为原生生物。
行走引物 - 是一种测序方法，用于测序大型 DNA 片段（介于 1.3 到 7 千碱基之间），该方法通过将长序列分成几个连续的短序列来实现。
系统发育分析 - 对性状（例如，序列）之间进化联系的分析
分类单元 - 任何生物体或具有相同分类等级的生物体群；例如，目、科、属或种的成员。
关系：此资源与我们目前的课程非常密切相关。正如您所记得的那样，我们必须记住完整的糖酵解途径，这正是这篇文章所涵盖的内容。它侧重于该途径中涉及的酶，其中一些是我已经记住的。它还从厌氧的角度回顾了该过程，这阐明了糖酵解如何改变但仍然产生 ATP。这很有趣，因为我们主要关注的是一种类型的糖酵解。
摘要： 这篇研究文章的重点是研究糖酵解途径中几种酶对果蝇飞行能力的通量控制程度。作者能够通过“敲除”磷酸葡萄糖异构酶、磷酸葡萄糖变位酶、三磷酸甘油醛异构酶、己糖激酶、丙酮酸激酶和糖原磷酸化酶，并研究每种敲除对果蝇拍翅频率的影响来研究这一点。拍翅频率是通量控制的准确衡量标准，因为它与氧气消耗密切相关，并直接反映 ATP 水解的速率。
术语： 双翅目 - 昆虫双翅目（双翅目或“真”蝇）的成员，其特点是只使用一对翅膀飞行，而第二对翅膀缩小为用于平衡的球状物。P 元件 - 存在于黑腹果蝇中的转座子，广泛用于诱变和创建用于遗传研究的转基因果蝇。血淋巴 - 昆虫“血液”多态性 - 个体生物体或同一物种生物体中不同形式、阶段或类型的出现，独立于性变异。退化 - 与后代遗传品质退化有关或导致遗传品质退化。基因渗入 - 通过将种间杂种反复回交到其亲本之一，将一个物种的基因渗入另一个物种的基因库中。
相关性：本文进行的研究涉及我们课堂上讲过的糖酵解途径。作者研究了糖酵解中几种酶对果蝇飞行调节的控制。作者通过降低每种酶的活性并计算其对飞行性能的通量控制来测试酶的调节有效性。
使用 (1,2-13C2) 葡萄糖对禁食大鼠肝细胞中葡萄糖代谢网络进行动态分析
摘要： 本文重点研究了大鼠肝脏葡萄糖代谢网络中代谢物在正向和反向方向上通过该途径的速率（即通量）。
术语： 离子交换色谱 - 一种允许根据分子电荷特性分离离子和极性分子的过程。电子轰击电离 - 质谱电离方法。待分析样品被汽化到质谱仪的离子源中，在那里它受到电子束的轰击，电子束具有足够的能量来电离分子。同位素异构体 -（同位素异构体）具有相同数量的每种同位素原子但位置不同的异构体。外流 - 代谢物从途径中流出。流入 - 代谢物进入途径。补充 - 补充代谢中间体的浓度，这些代谢中间体在生物体中已被耗尽。
相关性：本文涉及课堂上讨论过的两个主要概念。首先，它使用通量测量作为分析途径代谢控制的一种手段。其次，它提到，许多途径并非孤立存在，实际上通过共享底物、激活剂、抑制剂等相互关联和整合，因此一个途径的变化会影响其他途径。
酵母菌 S.cerevisiae 和 P.stipitis 的代谢通量分析
摘要： 这项研究探讨了 2 株酵母菌 S.cerevisiae 和 P.stipitis 在不同浓度葡萄糖的培养基中生长时的代谢调节差异。P.stipitis 的中心碳代谢在很大程度上是未知的，而 S.cerevisiae 的中心碳代谢则有详细记录。代谢通量比分析用于识别 P.stipitis 中心碳代谢中的活性途径。通量比的差异表明酵母菌株之间途径活性的差异。
术语： METAFoR（代谢通量比）分析 - 一种确定代谢物产生速率的方法核磁共振 (NMR) 光谱 - 一种用于识别分子的技术恒化器培养 - 在静态化学环境中生长的培养物补充 - 补充耗尽的代谢中间体来源呼吸发酵代谢 - 发酵和呼吸的同时执行
相关性：这项研究可以直接与本课程的内容联系起来。它侧重于 3 种代谢途径：糖酵解、磷酸戊糖和柠檬酸循环。对这些途径的分析以及随后对 2 种生物体的比较是对代谢调节的研究。
同行评审文章 #1
审稿人：Shannon B
主要关注点： 文章的主要关注点是了解有氧和无氧发酵混合ZM4s对产气荚膜梭菌在有氧和无氧条件下的生长影响。
摘要：产气荚膜梭菌 (ZM4) 产生的乙醇产量非常接近理论值，并且具有高度特异性的生产力。重组菌株能够发酵 C-5 和 C-6 糖。ZM4 在无氧条件下表现最佳，但是一种耐氧生物。这种特殊的 DNA 分子在遗传和生理应激反应方面尚不清楚。对于产气荚膜梭菌 (ZM4) 这种细菌，通过微阵列分析证明了转录组学和代谢组学的有氧和无氧发酵。高效液相色谱 (HPLC)、气相色谱 (GC) 和气相色谱-质谱联用 (GC-MS) 也被证明在实验中发挥了作用。当氧气不存在时，ZM4 更快地吸收葡萄糖，生长速度更快，主要产物是乙醇。还有其他大量产生的最终产物，如乙酸盐、乳酸盐和乙酰甲基甲醇。有氧条件下乙醇的产量仅为无氧条件下的 1.7%。通过微阵列分析，在有氧和无氧条件下，早期指数生长阶段某些基因的表达没有被检测到。随着发酵的继续，细胞外代谢物谱的差异越来越大。在无氧条件下，ZM4 中氨基酸的含量（如丙氨酸、缬氨酸和赖氨酸）比有氧条件下低。在稳定期，微阵列分析表明，166 个基因的表达差异超过两倍。ZM4 通过 Entner-Doudoroff (ED) 途径发酵葡萄糖、果糖和蔗糖，产生乙醇和二氧化碳。ED 途径基因的转录本编码了一种关键酶。在 ZM4 发酵过程中，高氧浓度对发酵性能有负面影响，有氧和无氧条件下的最大比生长速率没有太大差异。尽管如此，氧气确实会影响细胞的生理机能，导致代谢副产物的积累，最终导致稳定期转录组谱的显着差异。
有用链接
http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/success/zmobilis_mar_2001.pdf
http://www.uniprot.org/taxonomy/542
高效液相色谱 (HPLC)：一种柱色谱形式，它根据化合物独特的极性和与柱固定相的相互作用来分离、鉴定和定量化合物。 (http://en.wikipedia.org/wiki/High_performance_liquid_chromatography)
气相色谱 (GC)：一种色谱方法，用于分离和分析可以在不分解的情况下汽化的化合物。 (http://en.wikipedia.org/wiki/Gas-liquid_chromatography)
气相色谱-质谱联用 (GC-MS)：结合气相色谱和质谱法，识别测试样品中的不同物质。 (http://en.wikipedia.org/wiki/GC-MS)
微阵列分析：确定细胞中哪些基因在特定时间点被开启。数千个样本在单次分析中被测量，涵盖许多不同类型的分析。 (http://www.wisegeek.com/what-is-microarray-analysis.htm)
木质纤维素： “木质素和纤维素的混合物，存在于木质组织中木质部细胞的壁中。” (http://www.thefreedictionary.com/lignocellulose)
Entner-Doudoroff (ED) 途径：使用一组与糖酵解或磷酸戊糖途径不同的酶来分解葡萄糖生成丙酮酸。 (http://en.wikipedia.org/wiki/Entner%E2%80%93Doudoroff_pathway)
耐氧生物：一种厌氧生物，能够在有氧或无氧条件下生存或生长。 (http://www.biology-online.org/dictionary/Aerotolerant)
产气荚膜梭菌：一种属于产气荚膜梭菌属的细菌。它以其生产生物乙醇的能力而闻名。“它最初是从酒精饮料中分离出来的，如非洲棕榈酒、墨西哥龙舌兰酒，以及欧洲国家苹果酒和啤酒中的污染物。” (http://en.wikipedia.org/wiki/Zymomonas_mobilis)
相关性声明：本文使用了许多技术，这些技术将有助于代谢和不同代谢物的研究。例如，气相色谱 (GC)、高效液相色谱、气相色谱-质谱联用。由于我们的课程集中在不同的代谢途径上，这些技术对于理解代谢测量结果以及这些代谢途径的结果非常有帮助。本文更多地关注有氧和无氧发酵。这让我们更好地了解了这种代谢途径在不同生物体中的应用，例如产气荚膜梭菌。已经研究了不同的细菌，如大肠杆菌、产气荚膜梭菌和产碱克雷伯菌。也研究了革兰氏阳性细菌，如枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒状杆菌。