代謝組學/分析方法/核磁共振/C 核磁共振
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研究人員努力識別和繪製內分泌細胞功能至關重要的酶促途徑圖，目的是將這些知識應用於各種疾病的治療開發。13C 核磁共振波譜和同位素異構體分析已被證明在透過中間標記對細胞代謝過程進行定量分析方面非常有用，並估計碳進入三羧酸迴圈的程度。此外，研究人員已經討論並報告了核磁共振應用於分析細胞組織提取物的細節。對神經內分泌組織樣本進行的實驗揭示了必須採取的具體注意事項，13C 核磁共振的應用方式以及如何推斷13C 核磁共振結果。
核磁共振波譜的利用需要用磁場操縱具有核自旋的原子核，最終產生訊號。然後可以解釋此訊號以提供分析物的生化、結構和解剖資訊。13C 核磁共振涉及觀察非放射性13C 碳同位素。與12C 碳同位素不同，13C 同位素具有核自旋，使其易於透過核磁共振觀察。透過細胞代謝追蹤13C 涉及用可代謝的13C 標記（例如在葡萄糖上）餵養細胞，並使用13C 核磁共振監測其在包括三羧酸迴圈、檸檬酸迴圈和糖酵解在內的代謝過程中的進展。透過穀氨酸（一種氨基酸）和一個 5 碳三羧酸迴圈副產物的13C 標記，觀察到透過代謝途徑的碳通量，然後使用核磁共振波譜。然而，這種分析方法容易出現許多缺陷。減少這些錯誤的可能性需要採取適當的預防措施，包括識別培養基對細胞或碳標記行為的任何影響，以及在解釋13C 核磁共振資料時正確應用和選擇代謝模型。
實驗結果表明，在研究垂體腺瘤時，核磁共振的應用意義重大。具體結果包括確定宿主代謝調節劑的能力。應用還可以觀察細胞功能調節劑的影響，從而可以觀察代謝和細胞功能之間是否存在任何相互關係。預計核磁共振的應用將使研究人員能夠識別標記碳透過與激素釋放相關的代謝途徑的命運。然而，研究人員必須小心並使用最具生理相關性的培養基和現代代謝模型，以防其實驗結果無效或不適用於先前的結果。本質上，期望13C 核磁共振波譜的正確應用將提供資訊，從而更好地理解細胞能量學。
參考文獻
http://www.actabiomedica.it/data/2007/supp_1_2007/simpson.pdf
13C 核磁共振波譜
概述： 13C-NMR 是一種分析技術，用於識別有機分子中碳的數量和型別以及非等效碳原子的數量。它也用於確定化合物的結構。由於 13-碳具有具有磁性的旋轉核，因此可以進行核磁共振。將含有 13-碳原子的化合物置於非常強的磁場中並用電磁能量照射。原子核吸收能量，稱為磁共振。這種能量吸收是量子化的，併為特定化合物產生光譜。光譜儀是用於測量 13C 核吸收能量的儀器。它們是非常強大的磁鐵，並用射頻區域的電磁輻射照射原子核。光譜以具有各種峰的圖形形式產生。分子中每個獨特的碳原子僅產生一個峰。峰在圖上的位置取決於化學位移。化學位移由分子中每個碳周圍的電子密度決定。根據峰的位置及其化學位移，可以確定有機分子的結構，以及哪些官能團或其他原子與每個碳原子相連。
線上資源 #1 -
維基百科碳-13 核磁共振
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-13_NMR
重點： 本網站概述了碳-13 核磁共振的用途和工作原理。它主要關注與質子核磁共振相比，這種型別的核磁共振存在的複雜性。
術語： a) 自旋量子數 - 電子的內稟角動量（或電子的自旋）b) 化學位移 - 以相對於定義為 0 ppm 的標準化合物為參考表示的共振頻率；峰在核磁共振刻度上的位置（以 ppm 測量）c) ppm - 百萬分率；用於測量化學位移 d) J 耦合 - 由於兩個原子核之間執行的磁場中鍵合電子的影響，兩個核自旋之間的耦合（在 13C-NMR 中碳和氫之間會導致靈敏度降低，並使光譜難以讀取）e) 1H-NMR（質子磁共振成像） - 用於識別有機分子中的氫原子
聯絡： 在討論糖酵解途徑時，我們追蹤了碳原子透過該途徑，以檢視它們最終在丙酮酸中的位置。13C-NMR 是碳標記的標記，以便可以跟蹤它們在整個途徑中的運動。
線上資源 #2 -
碳-13 核磁共振教程
http://www.wfu.edu/~ylwong/nmr/c13/
重點： 本網站全面概述了 13C-NMR。它描述了 13C-NMR 的用途和工作原理。它還描述了化學位移和碳與氫的裂分。有一些互動式練習可以幫助您進一步瞭解其工作原理以及如何解釋不同化合物的 13C-NMR 光譜。
術語： a) 共振 - 當翻轉質子從其低能態到其高能態所需的能量與磁場強度成正比時 b) 脂肪族 - 一類飽和或不飽和碳化合物，其中碳原子以開鍊形式連線 c) TMS（四甲基矽烷） - 參考化合物；在光譜上標記零點 d) 芳香族化合物 - 透過電子離域穩定的環狀共軛不飽和分子
聯絡： 我們在課堂上學習的代謝途徑中形成的大多數分子可能是使用 13C-NMR 識別的。我們還可以透過使用 13C-NMR 追蹤碳來找出某些碳在代謝途徑產物中的最終位置以及產物的產量。
線上資源 #3 -
核磁共振波譜
http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/nmr/nmr1.htm
重點： 本網站全面概述了質子和 13C-NMR 波譜。有一部分關於 13C-NMR 波譜，包括與之相關的問題、改進、用途以及它真正深入到背後的物理原理。他們還解釋了兩種使用的光譜儀，即連續波光譜儀和傅立葉變換光譜儀。在他們提供的另一個頁面上，他們包括有關 13C-NMR 的其他資訊，例如非共振去耦合和透過極化轉移增強不敏感核，這些是用於分類碳訊號的技術。
術語： a) 異核去耦 - 一種電子技術，可以去耦合 13C 核和 1H 核之間的自旋-自旋相互作用 b) 脈衝技術 - 用短脈衝電磁輻射照射分子，而不是用電磁輻射緩慢掃描磁場；另一種使用傅立葉變換光譜儀的核磁共振波譜 c) 同分異構體 - 兩種或多種具有相同化學式但分子內原子排列不同的化合物 d) 等位 - 在取代時產生可疊加產物，因此在光譜上和化學上相同 e) 連續波方法 - 在磁場發生變化或掃描時，用恆定頻率的電磁能量照射分子；一種核磁共振光譜儀
連線: 如果我們要深入探討代謝物或課堂上任何其他型別分子的結構，13C-NMR 將是一個很棒的工具來學習和使用。正如之前提到的，我們在回顧糖酵解時介紹了 13C-NMR，追蹤碳原子在該途徑中的變化。
同行評審文章 #1 –
腦部的區域性體內 13C 核磁共振波譜
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=14679498
重點: 這是一篇非常棒的文章，討論了 13C-NMR 在瞭解腦部碳水化合物代謝方面的用途。文章首先討論了使用 13C-NMR 時所面臨的困難以及區域性 13C-NMR 波譜的成功實施。然後作者討論了腦部體內區域性 13C-NMR 波譜的成就，包括測量低血糖大鼠和人體的谷氨醯胺合成和腦糖原代謝等。
術語: a) 體內 - 在活生物體中 b) 自顯影 - 使用 X 光膠片視覺化放射性標記分子或分子片段的技術 c) 斷層掃描 - 人體內部區域的一系列詳細圖片；這些圖片是由連線到 X 光機的計算機建立的 d) 射頻 (RF) - 電磁頻譜中輻射所在的區域 e) 低血糖 - 血糖低的狀態 f) 勻場 - 校正 NMR 系統主磁體產生的磁場不均勻性，這是由於磁體存在缺陷造成的
連線: 與我們在課堂上所做的內容相關，我們討論了谷氨醯胺合成以及谷氨醯胺如何攜帶對我們身體有毒的氨。13C-NMR 有助於我們研究谷氨醯胺合成。如果我們要改變基因表達或將某些化學物質引入大鼠體內，我們可以觀察到這是否會影響谷氨醯胺合成的速率。氨積累對腦部特別有毒，會導致死亡。透過找出導致谷氨醯胺合成水平低和氨過度積累的原因，我們或許能夠找到一種醫療方法。我們還在課堂上討論了低血糖。
同行評審文章 #2 –
超極化 13C 磁共振成像用於體內腫瘤診斷的代謝成像
http://cancerres.aacrjournals.org/cgi/content/full/66/22/10855
重點: 本文討論了 13C-NMR 在癌症研究中的應用，特別是在腫瘤診斷方面。大多數腫瘤表現出高水平的有氧糖酵解，稱為 Warburg 效應。他們正在使用一種方法，該方法涉及磁共振波譜和一種超極化技術，該技術在非常短的時間尺度上提高了可檢測化合物訊號強度。他們選擇追蹤的糖酵解途徑化合物是丙酮酸，使用 13C-NMR。他們正在觀察它如何轉化為乳酸和丙氨酸，然後他們能夠追蹤所有三種底物在細胞中的變化。結果很有趣。他們證明在腫瘤細胞中存在高濃度的乳酸，這表明即使在有氧存在的情況下，腫瘤細胞也更喜歡無氧途徑。此外，腫瘤細胞吸收的丙酮酸量表明它們需要大量的能量。
術語: a) 非侵入性 - 不切開或穿透皮膚的手術 b) 超極化 - 核自旋極化超出熱平衡條件的增加 c) 表型 - 生物體的可觀察性狀或特徵（在本例中為生化性狀） d) 18FDG - 正電子發射斷層掃描中使用的放射性藥物 e) 壞死 - 細胞或組織死亡 f) PET (正電子發射斷層掃描) - 使用放射性染料的特殊型別 X 光，顯示出腦部代謝高於或低於正常水平的區域
連線: 與生物化學相關，本文主要講述的是腫瘤細胞中的糖酵解途徑。他們能夠追蹤丙酮酸中的碳原子透過糖酵解，然後透過乳酸發酵。13C-NMR 用於從代謝方面檢測腫瘤。這在癌症研究中有很多醫學應用。
同行評審文章 #3 –
高等植物中的甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷：積累和細胞內定位，透過 13C 核磁共振研究金絲桃屬植物葉子和模型系統。
重點: 本文討論了使用 13C-NMR 發現一種草本植物葉子中的主要成分，該成分是該植物代謝的產物，有助於減少甲醇在植物細胞質中的積累。MeG 是在葉細胞中發現的化合物，由葡萄糖和甲醇合成。
術語: a) 衰老 - 老化、衰退和死亡的過程 b) 液泡 - 植物細胞中的大型細胞器，包含水和廢物 c) 雙子葉植物 - 產生兩個子葉的植物 d) 胞質溶膠 - 細胞的內部液體 e) 越冬 - 在冬季保持存活
連線: 在課堂上，我們討論了植物如何合成碳水化合物。MeG 是一種由葡萄糖和甲醇合成的碳水化合物。MeG 對某些植物有益，因為它有助於去除植物中的有毒分子。我們確實談到了人類如何清除廢物，但這可以引導我們討論植物如何清除它們的廢物。
透過 13C 穩定同位素分辨代謝組學 (SIRM) 識別人類肺癌中代謝途徑調節的改變
分子癌症 2009，8:41
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植物和動物系統中穩定同位素標記代謝物混合物的系統 NMR 分析：代謝途徑的粗粒度檢視
PLoS One. 2008;3(11):e3805. Epub 2008 年 11 月 25 日。
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