代謝組學/分析方法/質譜/GC-MS
基於 GC-MS 的代謝物譜分析實驗通常包含數百個色譜圖檔案。每個檔案可能包含多達 1000 個質譜標籤 (MST)。MST 是大約 25-250 個碎片離子和相應的同位素異構體的單獨模式。這些模式是由氣相色譜 (GC) 透過電子轟擊電離 (EI) 分離的化學分子產生的。碎片離子透過飛行時間 (TOF) 質譜法 (MS) 檢測。實驗分析的 MST 通常以列表形式報告，這些列表包含以其質量、色譜保留指數 (RI) 或保留時間 (RT) 和任意丰度為特徵的離子。質量和 RI 表徵用於識別和量化分析的化學化合物。使用預處理工具可以提供包含所有對齊 MST 和實驗樣本的數字資料矩陣。此過程中的錯誤很可能來自 MST 中 RI 或 RT 對齊的精度不足和/或生物樣本高度複雜。生物複雜性可能透過化合物共洗脫導致不純的 MST。因此，這種潛在的同步洗脫需要能夠對共洗脫化合物進行定量和定性分析的技術。TagFinder 是一種正在開發的軟體工具，預計它能夠在統計分析之前驗證資料矩陣。
“TagFinder 便於分析在 GC-(EI-TOF)-MS 譜分析實驗中觀察到的所有碎片離子。” 非靶向方法也便於化合物發現。此外，TagFinder 處理保持質量同位素異構體解析度，這是代謝通量分析的必要特徵，對於代謝物譜分析特別有用。TagFinder 還優先考慮化學方法的標準化。具體來說，該軟體將利用內部參考化合物進行保留時間校準或定量標準化。還提供化合物識別和校準的外部標準化維護功能。TagFinder 的功能按以下順序排序：1) 匯入碎片離子資料，包括質量、時間和任意丰度，2) 註釋樣本資訊並將樣本分組到類別中，3) 計算 RI，4) 將來自不同色譜圖的相同質量的觀察到的碎片離子放入 RI 視窗中，5) 將 bin 和質量標籤組合成共洗脫碎片離子的時間組，6) 測試時間組以檢查強度相關的質量標籤，7) 資料矩陣生成，以及 8) 支援提取選擇性質量標籤的化合物識別。簡而言之，TagFinder 維護並與非靶向指紋分析以及代謝物靶向譜分析相容。
TagFinder 已被證明是一種非常有用的工具，可用於將大型基於 GC-MS 的代謝物譜分析實驗對齊到資料矩陣中。TagFinder 還能夠自動提取透過質譜匹配到來自提供的 RI 視窗的參考質譜而增強的定量資料。包含的定量資料可能包括質量片段、質量片段的時間組或強度相關的質量片段的簇。此外，生成資料矩陣提供了用於自動引數最佳化的使用者干預功能。TagFinder 也已被證明特別適用於無偏代謝組學指紋識別、足跡分析和譜分析，以及定量和定性代謝物分析。
http://bioinformatics.oxfordjournals.org/cgi/content/full/22/11/1391
該網站實際上是一篇介紹代謝組學內容的文章。代謝組學涉及兩種方法：代謝指紋圖譜和代謝譜分析。然而，代謝組學研究傾向於使用氣相色譜質譜法 (GS-MS)、液相色譜質譜法 (LC-MS)、毛細管電泳質譜法 (CE-MS)、直接進樣電噴霧電離質譜法 (ESI-MS) 和核磁共振 (NMR)。這些分析技術產生的訊號由嵌入背景噪聲連續譜中的資訊峰組成。然而，研究人員的目標是探索使用峰值聚類來整合訊號列表的想法，使用兩步層次聚類峰值訊號。首先它將在每組重複實驗中使用，然後在重複實驗組之間使用。研究人員將使用利什曼原蟲的 GC-MS 代謝研究來測試此方法。
術語
- 液相色譜質譜法 (LC-MS)
- 分析化學中的化學技術，將液相色譜 (例如 HPLC) 的物理分離能力與質譜法的質量分析能力相結合。
- 代謝譜分析
- 目的是分離、識別和量化單個分析物
- 代謝指紋圖譜
- 是指對分子響應譜中的模式進行分析，而不試圖解析單個分析物
- 氣相色譜質譜法 (GS-MS)
- 分離混合物的成分，質譜法分別表徵每個成分
- 毛細管電泳質譜法 (CE-MS)
- 提高了 CE 分離的效用。質譜儀 (MS) 允許對溶質的分子量進行明確的資訊，並提供結構資訊，有助於未知物的鑑定
聯絡 與課程沒有特定關聯。只是對各種分析方法的概述，並解釋了 GC-MS 的工作原理。
代謝組學和 GC-MS
[編輯 | 編輯原始碼]該網站實際上是一本關於植物代謝組學的書籍。它指出 GC-MS 是代謝組學研究中最常用的技術平臺之一。它用於代謝組學譜分析。為了將 GC-MS 用於代謝組學譜分析，代謝物和分析物之間必須有明確的區別，因為代謝物在定量之前可能會發生化學轉化。它還提供有關代謝物譜的資訊。其他資訊包括使用 GC-MS 進行代謝組學的優缺點。
術語
- 分析物
- 用於描述提交給 GC-MS 進行檢測和量化的化學結構和化合物
- 質量特殊標籤
- 一個質譜圖，其特徵是特定的色譜保留和在單一或多種型別的生物樣本中重複出現
- 烷氧基胺化
- 用甲氧基胺等試劑進行，以穩定天然代謝結構中的羰基部分；然而它形成了 –N=C< 雙鍵取代基的 E 和 Z 異構體
- 代謝物
- 被生物體內部化、化學轉化或分泌的化合物，但尚未透過 DNA 複製、轉錄、翻譯合成
- 離子電流
- 離子運動產生的電流
聯絡： 這篇文章還描述瞭如何使用放射性標記技術來識別某些代謝物。當我們試圖弄清楚 CO2 中的碳如何融入 Rubisco 機制時，我們已經討論了放射性標記的碳。
本網站提供有關代謝組學的背景資訊。 它還列出了代謝組學中使用的各種技術。 代謝分析分為四組：目標化合物分析、代謝譜分析、代謝組學和代謝譜分析。 GC-MS 在該特定領域的運作方式是，它有助於檢測特定類別的代謝物。 如果樣品太揮發，則必須將其轉化為極性較低的物質，然後才能將其應用於 GC 柱。
術語
- 目標化合物分析
- 側重於特定代謝物的定量分析
- 轉錄組學
- 轉錄組的研究，即基因組在任何特定時間產生的所有 RNA 轉錄本的完整集合
- 蛋白質組學
- 在不同條件下對蛋白質組進行定性和定量比較，以進一步揭示生物過程
- 植物與微生物代謝組學國家中心
- 英國領先的植物與微生物代謝組學研究與服務機構； 目標是集中研究活動，克服這一障礙，使後基因組科學真正專注於生物體“表型”的完全整合方面。
- 基因組學
- 對生物體整個基因組的研究； 包括確定生物體完整 DNA 序列的密集工作和精細遺傳作圖工作
聯絡：與課程沒有聯絡。 它只是概述了代謝組學的發展及其所使用的分析方法，包括 GC-MS。
本文重點介紹了在假單胞菌屬的細胞中發現的不飽和脂肪酸的順反異構化。 這類細菌對芳香族溶劑具有很高的耐受性。 這些細菌能夠在膜破壞化合物的存在下生長，原因是順式不飽和脂肪酸異構化為反式不飽和脂肪酸。 異構酶活性不利用 ATP 或其他輔因子，如 NAD(P)H。 它獨立於 ATP 的事實與順反異構化的負自由能相對應。 脂肪酸甲酯透過 GC-MS 進行檢查和分析。 透過 GC-MS 也確定了變得不飽和的脂肪酸。
術語
- 脂肪酸甲酯 (FAME)
- 可以透過脂肪或脂肪酸與甲醇之間的鹼催化反應生成。 生物柴油中的分子主要是 FAME，通常透過酯交換反應從植物油中獲得。
- 異構化
- 將分子轉化為不同異構體的過程。 它還可以將醛糖轉化為酮糖或酮糖轉化為醛糖。
- 不飽和脂肪酸
- 是指脂肪或脂肪酸，其中脂肪酸鏈中存在一個或多個雙鍵
- 順反異構體
- 立體異構的烯烴或環烷烴，它們在相對於參考平面的原子位置上有所不同； 在順式異構體中，原子位於同一側，而在反式異構體中，原子位於相對側。
- 油酸
- 存在於動植物油中的脂肪酸。 由於碳之間存在單個雙鍵，因此被稱為單不飽和脂肪酸。 其物理性質由該雙鍵的數量、幾何形狀和位置以及不飽和程度決定。
聯絡：我們已經在許多途徑中討論了 ATP 和 NAD(P)H。 例如，糖酵解產生並利用 ATP 作為能量來源。 NADPH 具有還原性； 它充當脂肪酸生物合成和氧化還原反應中的電子供體。
ScienceDirect
[編輯 | 編輯原始碼]本文重點介紹了測定細胞內代謝物通量的過程。 測定通量提供了對工程干預前後代謝的清晰描述。 研究人員展示瞭如何利用大腸桿菌菌株進行改造以產生香葉基二烯。 香葉基二烯是抗瘧疾藥物青蒿素的前體。 細胞在含有 20% [U-13C] 葡萄糖的連續葡萄糖培養基中生長。 使用對來自細胞的 13 種氨基酸進行的 GC-MS 測定了 20% [U-13C] 葡萄糖。 研究人員使用數學方法來確定通量數量。
術語
- 原子對映矩陣 (AMM)
- 描述了碳原子從反應物到產物的轉移
- 同位素異構體對映矩陣 (IMM)
- 指示可以從每個反應物同位素異構體中生成的可能的產物同位素異構體
- 萜類
- 一類異戊二烯類化合物，通常從植物中分離出來，目前用於各種應用，包括抗癌藥和抗菌藥
- 通量
- 代謝途徑在能量方面的變化
- 甲羥戊酸
- 甲羥戊酸的鹽； 在膽固醇合成中也起著重要作用
聯絡：本文提到了磷酸戊糖途徑、糖酵解和三羧酸迴圈。 它還討論了補體反應以及氨基酸生物合成和降解途徑。 在代謝過程中，我們還了解到 ATP、NADH 和 NADPH 等輔因子是平衡的。 在本文中，這種平衡透過底物水平磷酸化、氧化磷酸化和轉氫酶活性產生的能量反應得到證明。
本文使用癌細胞和非癌細胞的比較代謝譜分析來幫助理解腫瘤發生的關鍵要素，以及尋找新的藥物方法。 儘管代謝組學技術取得了進展，但由於技術挑戰，研究某種程度上受到了阻礙。 不完整的參考資料、生物材料的有限可用性、現有方案的靈敏度和解析度不足以及缺乏已建立的計算建模框架是該領域中常見的。 為了克服這些問題，研究人員將 [U -13C]-葡萄糖二維 NMR 和 GC-MS 技術相結合，以測試與人類某些相互關聯的代謝途徑相關的代謝物庫和通量。 選擇使用乳腺癌細胞和非癌性乳腺細胞進行比較分析的原因是，它是代謝的核心支柱，提供能量、輔因子再生和細胞合成構建單元。 癌細胞還被發現顯示出在上述某些途徑中發揮不同的作用。
術語
- 非必需氨基酸
amino acids that are not produced by humans and they are not essential.
- NMR
- 核磁共振； 基於原子核的量子力學磁性的一種物理現象
- 腫瘤發生
- 是指體內腫瘤的形成，通常由癌基因的突變引起。 這些腫瘤是由於細胞基因的改變導致細胞失控繁殖（細胞分裂），從而在它們所在的組織中產生病變
- 補體通量
- 補充特定途徑（如檸檬酸迴圈）的中間體
- 同位素異構體
isomers having the same number of each isotopic atom but differing in their positions
聯絡：我們已經廣泛探討了檸檬酸迴圈及其關鍵成分。 本文也重新審視了這些要點。 此外，本文還討論了與該迴圈相關的波動。
ScienceDirect
[編輯 | 編輯原始碼]本文指出，氨基酸標記包含用於計算代謝通量的重大資訊。 與蛋白質不同，細胞內氨基酸是持續合成和消耗的。 由於細胞內氨基酸的濃度在毫摩爾範圍內很低，因此 GCMS 被用於分析資料，因為它是一種用於快速、準確和靈敏的標記分析的出色工具。 總體而言，所進行的實驗是在從釀酒酵母中提取的細胞內氨基酸上進行的。 透過比較其在掃描模式下獲得的質譜圖及其保留時間與純 TBDMS 氨基酸的保留時間來識別氨基酸。
術語
- 保留時間
- 半導體引線框架的離子汙染測試，即特定離子型別從進樣口到檢測器所需的時間。 每個離子型別的保留時間通常不同
- HPLC
- 高效液相色譜是一種柱色譜形式，經常用於生物化學和分析化學。 它有時也稱為高壓液相色譜。 HPLC 用於透過使用被分析物質（分析物）與色譜柱之間的各種化學相互作用來分離混合物的成分。
- 蛋白質氨基酸
- 也稱為標準、正常或初級氨基酸，是指在蛋白質中發現的 20 種氨基酸，它們由標準遺傳密碼編碼。 蛋白質生成實際上意味著蛋白質構建。 蛋白質氨基酸透過稱為翻譯的過程組裝成多肽（蛋白質的亞基）（蛋白質生物合成的第二階段，是基因表達整體過程的一部分）。
- 凍幹
- 冷凍乾燥
- 衍生化
- 是一種化學技術，它將化學化合物轉化為具有相似化學結構的產物，稱為衍生物。
連線： 在課堂上，我們一直在討論氨基酸及其在已討論的代謝途徑中的來源。 在這篇文章中，一個氨基酸與 N-甲基-N-叔丁基二甲基矽烷基三氟乙醯胺反應，生成叔丁基二甲基矽烷基 (TBDMS) 衍生物。 組成官能團的氨基酸被轉化為 TBDMS 衍生的殘基。 如果你檢視與文章相關的表格，你將能夠分辨哪些 TBDMS 衍生物形成了。 在課堂上，我們學習了天冬氨酸是如何從葡萄糖形成的。 它是透過丙酮酸形成的，丙酮酸透過丙酮酸羧化酶和生物素轉化為草醯乙酸，或者透過乙醯輔酶 A 透過檸檬酸迴圈生成檸檬酸。
http://www.scientific.org/tutorials/articles/gcms.html 這是一個解釋 GC-MS 工作原理的網站。
GC-MS 分為兩部分。 第一部分是氣相色譜部分。 在這部分中，化學混合物被分離成純化學物質的脈衝。 化學物質根據它們的揮發性，即它們蒸發成氣體的難易程度進行分離。 GS 部分有三個主要組成部分：進樣口 - 1 微升含有化學物質混合物的溶劑被注入 GC。 樣品由惰性氣體帶過儀器。 惰性氣體通常是氦氣。 進樣口被加熱到 300° C。 這種溫度使化學物質變成氣體； 烘箱 - GC 系統的外部分。 色譜柱被加熱以推動分子透過色譜柱。 平均烘箱溫度在 40°-320° C 之間； 色譜柱 - 位於烘箱內部。 它們是內壁塗有特殊聚合物塗層的 30 米細管。 化學混合物根據它們的揮發性進行分離，並由氦氣帶過色譜柱。 揮發性高的化學物質比揮發性低的化學物質更快地穿過色譜柱。
MS 是第二部分。 這部分用於根據化學物質的結構對其進行識別。 它有三個部分：離子源 - 分子透過 GC 部分後，會受到電子轟擊，將其分解成碎片，並變成帶正電的粒子，稱為離子； 過濾器 - 電磁場，根據質量過濾離子； 檢測器 - 統計具有特定質量的離子的數量。 資訊被髮送到計算機，並建立質量譜。
與 GC-MS 相關的維基百科連結
http://en.wikipedia.org/wiki/GC-MS
同行評審文章 #1
基於 GC-MS 的除草劑處理植物代謝譜的時間分辨研究表明，僅極性初級代謝物的變化就能區分作用方式不同的除草劑
代謝組學。 2009 年 9 月；5(3)：277–291'"
- 確定資源的主要關注點。 可能的答案包括特定生物、資料庫設計、資訊整合，但還有更多可能性。
- 新術語 1
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