代謝組學/分析方法/核磁共振/1H 核磁共振
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現代應用
鴉片罌粟被認為是生物鹼植物代謝研究的理想模型，因為它擁有種類繁多的生物活性苄基異喹啉生物鹼。該植物的栽培產生了諸如嗎啡和可待因等商業麻醉止痛藥。環境刺激能夠影響次生植物代謝，而次生植物代謝反過來能夠調節其他植物代謝途徑。研究人員使用質子核磁共振 (1H NMR) 代謝組學來研究經真菌誘導劑處理的鴉片罌粟細胞中初級和次生代謝之間的相互關係。這項研究的見解有望揭示現有鴉片生物鹼對人體代謝組的直接益處。
代謝物指紋圖譜和化合物特異性分析揭示了初級代謝途徑的廣泛重程式設計，這些途徑與生物鹼生物合成誘導相關，是對誘導劑處理的反應。使用 Chenomx NMR Suite v. 4.6 核磁共振波譜儀，在 100 小時的定時試驗中監測了對照組和誘導劑處理的鴉片罌粟細胞培養物中 42 種不同代謝物的含量。在誘導劑處理後的 5 小時內，誘導劑處理的細胞代謝組中的動態變化最顯著地體現在碳水化合物、有機酸和非蛋白質氨基酸的細胞庫中。對照組在試驗進行約 80 小時後表現出豐富的波動，在氨基酸和磷脂途徑中間體含量中最為明顯。總體而言，在產生次生代謝前體的初級代謝過程中檢測到調製。這些調製需要糖酵解、三羧酸迴圈、氮同化、磷脂/脂肪酸合成和莽草酸途徑中代謝物波動的變化。
初級和次生代謝以及相關輔因子生物合成途徑的全面重程式設計對於分析細胞培養物對誘導劑處理的反應是必要的。最終，收集到的資料在特定條件下生成了這種代謝重程式設計的高解析度圖譜。
用於實驗的 Chenomx NMR Suite v. 4.6 波譜儀“能夠基於其各自的特徵光譜識別和量化單個化合物”。在進行的實驗中，樣品透過1H NMR 在 D2O 中進行分析。使用核磁共振波譜而不是質譜 (MS) 進行代謝組學分析，使得樣品製備更加容易，是一種不破壞樣品分析物的分析方法，並且是一種更高效、更全面的化合物鑑定方法，可以提供未知化合物的結構描述。1H NMR 的應用還揭示了許多以前在涉及 MS 分析的研究中尚未觀察到的細胞代謝物。
展望
鴉片罌粟核磁共振譜
http://www.biomedcentral.com/1471-2229/8/5/figure/F1
參考文獻
http://www.biomedcentral.com/1471-2229/8/5
概述: 核磁共振 (NMR) 是一種強大的光譜技術，可以提供有關某些分子的結構和化學性質的資訊。核磁共振的獨特之處在於它是為數不多的用於分析結構和分子動力學的非破壞性方法之一。質子核磁共振透過利用 H1 原子置於強磁場中時的行為原理工作。
基本上，當樣品置於磁鐵中時，質子原子的原子核會與磁場對齊，類似於指南針的指標在地球磁場中對齊的方式。核磁共振波譜中使用的磁鐵比地球磁場強一萬倍。核磁共振實驗包括對樣品施加射頻脈衝能量。這些脈衝刺激原子核偏離其平衡位置並開始繞磁場軸旋轉。原子核旋轉的確切頻率與分子中原子所處的化學和物理環境有關。因此，透過使用不同的脈衝和延遲組合，可以確定分子中每個原子如何與分子中的其他原子相互作用。最後，透過使用這些相互作用的大量資料集，可以計算出分子的三維結構。核磁共振還可以用於觀察動態過程。其中一些是在較大分子區域內的內部運動，例如蛋白質中的環或 DNA 或 RNA 中的鹼基對。核磁共振也可以用於監測化學反應。
影像 - http://www.pharmacy.arizona.edu/faculty/yanglab/images/NMRFacility/NMR.JPG
維基百科中任何相關材料的連結 http://en.wikipedia.org/wiki/Proton_NMR
http://en.wikipedia.org/wiki/NMR
http://en.wikipedia.org/wiki/NMR_spectroscopy
線上資源 #1: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
化合物光譜資料庫
該網站是一個數據庫，包含大量有機化合物的波譜影像。它將化合物整理成一個整合有機化合物光譜資料庫系統，使任何人都可以使用它作為參考。該網站不僅包含質子核磁共振影像，還包含各種其他視覺化技術。它的主要目的是將所有現有的關於有機化合物光譜的資訊整理成一個易於管理的系統。通過了解分子量、分子式、化合物名稱，甚至分子中存在的原子，可以獲得一個與該標準相符的有機化合物列表。
術語 -
有機化合物 - 基於碳鏈或環的化學化合物，也含有氫，可能含有氧、氮和其他元素
拉曼光譜 - 一種光譜技術，用於凝聚態物理學和化學中研究系統的振動、旋轉和其他低頻模式
電子自旋共振光譜 - 用於研究具有一個或多個未配對電子的化學物質的技術，例如有機和無機自由基或具有過渡金屬離子的無機絡合物。
SDBS - (光譜資料庫系統) 用於有機化合物的整合光譜資料庫系統。
光譜儀 - 一種光學儀器，用於測量電磁波譜特定部分的光的特性。
光譜寬度 - 所有光譜成分的幅度大於所討論的成分的波長間隔。
聯絡 -
該網站與我們的生物化學課程相關，因為我們學習的大多數分子都包含在這個資料庫中。我們書本和課堂討論中的分子是透過質子核磁共振技術發現或分析的。這些分子的光譜被整理到該網站的一個大型資料庫中。
影像 - http://freebsd.kde.org/img/screenshots/en_jon-d_screen4.png
線上資源 #2: http://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/tutorials/molspec/nmr1.htm
質子核磁共振工作原理的描述
該網頁深入分析了核磁共振的工作原理及其背後的理論。該網站繼續解釋了核自旋和磁場中能級分裂如何影響核磁共振產生的影像。它闡明瞭核磁共振裝置產生的磁場改變了質子原子核的自旋和化學位移，從而導致機器拾取了不同的訊號。這些訊號中的每一個都對應於與氫的特定鍵以及所討論的分子，並以圖形的形式呈現給使用者。然後，使用者可以解釋此圖形以確定分子的特定鍵和結構。
術語 -
核自旋 - 一些原子核的內在特性，使其具有相關的特徵角動量和磁矩
量子力學 - 適用於極小尺度的物理定律，例如基本粒子、原子。
原子核 - 原子的帶正電荷的緻密中心
自旋弛豫 - 描述了具有相同進動頻率但磁量子態不同的相鄰原子核之間的相互作用
自旋-自旋耦合 - 附近原子核的核自旋之間的相互作用，會導致核磁共振譜中共振線的特徵分裂。
聯絡 -
該網站與課堂主題相關，因為它展示了用於理解生物化學的工具背後的科學。生物化學家們一直在努力識別新的蛋白質並定義書本中提到的生物過程。為了理解它們，他們需要能夠視覺化分子和反應中的原子。為了視覺化它們，他們將使用電子顯微鏡、核磁共振或其他技術。質子核磁共振是迄今為止最簡單、最有效的方法之一，可以快速瞭解所討論的分子。
圖片 -
http://pages.unibas.ch/mdpi/ecsoc-4/c0030/Image528.gif
http://www2.ups.edu/faculty/hanson/Spectroscopy/NMR/splittingtree.gif
線上資源 #3:http://www.stolaf.edu/depts/chemistry/courses/toolkits/380/js/nmr1/
質子化學位移資料庫
本網站是一個很棒的資料庫，可以檢視不同芳香族化合物的化學位移。該網站允許您操縱圖中顯示的不同頻率、化合物和官能團。這使人們能夠對某些分子的化學位移中應該尋找什麼有一個大致的瞭解，併為某些分子和官能團提供一個標準。該資料庫可以作為那些試圖識別所討論的代謝物或分子的人的參考。
術語
官能團 - 一種或多種原子的特定結構，負責物質的化學行為
化學位移 - 給定原子核的共振頻率與其標準參考原子核的共振頻率之間的差異
峰 - 圖表中導致識別分裂的部位，是化學結構的指標。
芳香性 - 是一種化學性質，其中不飽和鍵、孤對電子或空軌道的共軛環表現出比單獨共軛的穩定性更強的穩定性。
NMR 共振頻率 - 裝置上的一個變數，對於特定物質而言，它與所施加磁場的強度成正比。
聯絡 -
本網站與生物化學課程相關，因為它很好地直觀地展示了生物化學家如何確定他們試圖識別的化合物的結構。由於此網頁重點關注芳香族化合物，因此它與生物化學家息息相關，因為苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸都含有苯環。因此，如果一位生物化學家試圖在代謝組學資料庫中識別代謝途徑中的代謝物，他可以參考該網站。如果他的代謝物的質子 NMR 與芳香族氨基酸的質子 NMR 相匹配，他將能夠縮小他的選擇範圍。
圖片 -
http://www.le.ac.uk/by/teach/biochemweb/images/aromatic.gif
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/imgorg/aromatic2.gif
質子 NMR 的應用
本文研究了質子 NMR 如何被用於測量慢性血管併發症之前和伴隨發生的微妙代謝變化。這些併發症是糖尿病患者過早死亡的主要原因。科學家們在他們的研究中使用質子 NMR 對高風險糖尿病患者進行多代謝物表徵。為此，他們測量了大量 I 型糖尿病患者的血清。藉助 NMR，他們能夠開發新的代謝組學框架來視覺化和解釋資料，並將代謝譜與潛在的診斷和生化變數聯絡起來。
術語 -
大血管 - 屬於大血管系統，即身體血管系統的一部分，包括較大的血管，其內徑大於 100 微米
血清 - 從血漿或全血樣本凝固後得到的無細胞液相
代謝組學 - 研究對藥物、環境變化和疾病的代謝反應
生物標誌物 - 血清中水平可以指示疾病存在或程度的物質
代謝譜 - 檢查血樣以確定其化學、物理或血清學特徵
聯絡 -
本文與課堂討論相關，因為它展示了代謝組學的應用以及如何將其應用於疾病的診斷和治療。這項研究特別關注糖尿病，並使用代謝組學的近親代謝組學來確定每種不同的代謝物如何影響代謝途徑。質子 NMR 透過讓科學家更容易地在體內和體外觀察糖尿病患者血液中的代謝物來提供幫助。這種觀察代謝物的能力使研究人員能夠了解代謝物對途徑的影響，並有助於完成對糖尿病患者的代謝組學研究。
圖片
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
使用質子 NMR 確定代謝途徑
本文重點介紹一種新的技術，該技術利用水抑制區域性質子 NMR 光譜和刺激回聲來檢測體內人腦中的代謝物。這種技術能夠將質子 NMR 應用於 64 平方毫米的區域，以便觀察枕葉中的分子。他們能夠觀察到的代謝物是乙酸鹽、N-乙醯天冬氨酸、-氨基丁酸、谷氨醯胺、穀氨酸、天冬氨酸、肌酸和磷酸肌酸、含膽鹼的化合物、牛磺酸和肌醇。使用這種技術，他們能夠比較體內不同的代謝組學途徑。
術語 -
光譜學 - 是對激發原子發射的光線進行分析，因為電子透過其軌道下降。
體內 - 在活的有機體中，與體外（在實驗室中）相反。
腦枕葉 - 哺乳動物大腦的視覺處理中心，包含視覺皮層的大部分解剖區域。
MRI - 一種非侵入性、非 X 射線診斷技術，基於體內氫原子的磁場。
光譜 - 光譜的複數。一系列波長。
聯絡 -
本文與過去關於代謝組學的課堂討論密切相關。它處於這項新科學的根源，揭示瞭如何使用現有的工具來幫助人類代謝組學專案。透過能夠在體內觀察系統途徑的中間體和最終產物，確定不同代謝物對途徑的影響變得容易得多。這是因為它如果一個人將某種代謝物新增到身體的某個位置，質子 NMR 將允許我們看到它如何影響途徑的最終產物，而無需去除組織。
圖片 -
http://cis.jhu.edu/data.sets/cortical_segmentation_validation/photos/occipital75.jpg
http://www.nature.com/npp/journal/v32/n6/images/1301248f1.jpg
質子 NMR 的應用
本文是一項關於小鼠的研究的綜合彙編，該研究以質子 NMR 為主要視覺化工具。這項研究的主要目標是表徵脂肪組織沉積物和其他內臟器官，並建立體內表型模型。實驗使用質子 NMR 進行形態學分析，並建立了一個以特定脂質沉積物為重點的 1H-NMR 光譜。實驗結果表明，質子 NMR 可以非常精確地測量體內不同型別脂質沉積物的數量。除了確定不同型別的脂肪（皮下和內臟）之外，他們還確定質子 NMR 允許他們確定儲存的甘油三酯的飽和度和不飽和度。
術語 -
正規化 - 一個作為模型的例子
表型 - 有機體的可觀察到的物理或生化特徵，由遺傳和環境決定。
皮下 - 皮下
內臟 - 屬於內臟器官的膜狀覆蓋物
ob/ob 小鼠 - 眾所周知的肥胖和糖尿病動物模型。
聯絡 -
本文與我們課堂上學習的內容在很多方面相關。最明顯的是脂質合成和代謝，其中研究展示瞭如何檢視甘油三酯沉積物的總體分解和形成。如果一個人在對受試者施加不同的刺激和環境之前和之後使用質子 NMR，就可以確定發生的脂質代謝量。此外，透過固定受試者的飲食，我們可以找到與糖酵解相比發生的脂質代謝百分比。
圖片 -
http://www.hsph.harvard.edu/GSH-LAB/images/obese_mice.jpg
文章和網頁供審查和包含
[edit | edit source]同行評審文章 #1：
[edit | edit source]腎臟病學研討會，第 27 卷，第 6 期，第 609-620 頁，2007 年 11 月
主要重點
[edit | edit source]- 確定資源的主要重點。可能的答案包括特定生物、資料庫設計、資訊的整合，但還有更多可能性。
新詞
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摘要
[edit | edit source]- 在此輸入您的文章摘要。請注意，每個條目開頭的標點符號非常重要（有時結尾也是）。它應該是 300-500 字。文章的主要內容是什麼？他們試圖回答什麼問題？他們找到了明確的答案嗎？如果是，是什麼？如果不是，他們發現了什麼或他們的發現中有哪些想法存在衝突？
與傳統代謝課程的相關性
[edit | edit source]- 請用 100-150 字描述本文內容與傳統代謝課程之間的聯絡。這篇文章是否涉及特定的代謝途徑（例如糖酵解、檸檬酸迴圈、類固醇合成等）或調控機制、能量學、定位、途徑整合？它是否討論了新的分析方法或思路？這篇文章是否展示了與人類基因組計劃（或其他基因組計劃）的聯絡？
利用 1H-NMR 光譜和多元資料分析對感染植原體的長春花葉片進行代謝鑑別
植物生理學 135:2398-2410 2004
- 確定資源的主要重點。可能的答案包括特定生物、資料庫設計、資訊的整合，但還有更多可能性。
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- 在此輸入您的文章摘要。請注意，每個條目開頭的標點符號非常重要（有時結尾也是）。它應該是 300-500 字。文章的主要內容是什麼？他們試圖回答什麼問題？他們找到了明確的答案嗎？如果是，是什麼？如果不是，他們發現了什麼或他們的發現中有哪些想法存在衝突？
- 請用 100-150 字描述本文內容與傳統代謝課程之間的聯絡。這篇文章是否涉及特定的代謝途徑（例如糖酵解、檸檬酸迴圈、類固醇合成等）或調控機制、能量學、定位、途徑整合？它是否討論了新的分析方法或思路？這篇文章是否展示了與人類基因組計劃（或其他基因組計劃）的聯絡？