代謝組學/代謝組學導論/與傳統代謝的關係
代謝組學與傳統代謝的關係
與代謝相關的傳統分析生物化學方法正在緩慢而謹慎地被代謝組學這一新興且更有效的方法所取代。之所以這樣做，是因為經典代謝的舊方法無法產生系統生物學和代謝工程目標所需的資料型別，因為它們集中於單一通路，並且僅關注它們之間的一小部分相互作用。相比之下，代謝組學對於各種系統生物學問題（如營養基因組學和毒理學）的有效性要高得多。以前，所有嘗試都集中在蛋白質組學和基因組學上，因為跟蹤整個代謝組是一項極其困難的任務。但隨著用於執行此操作的更便宜、更有效的方法的開發，代謝組學逐漸變得比蛋白質組學和基因組學更有效。差異之大足以迫使人們重新思考實驗過程和程式，以及資料共享和獲取的整合。甚至命名法和術語也正在進行大修，表明代謝組學在關注點和方法方面發生了多麼根本的變化。這並不意味著還原論方法毫無用處。透過還原論，可以更好地理解生物體的生化過程和代謝系統的一部分。代謝的經典分析生物化學並沒有被取代。它在新的令人興奮的生物學和生物化學研究和應用領域僅僅擁有一個全新的以系統為導向的合作伙伴，這些領域甚至現在正在開放。
代謝組學與傳統代謝的關係並不僅僅是生物化學或蛋白質組學用來分析的。當然，許多其他生物學專家可以檢視代謝途徑並將其與他們的專業領域聯絡起來。無論是中間體濃度增加還是減少，還是代謝物的阻斷或降解，它都會對該系統的整個生物學產生影響。考慮苯丙氨酸的代謝。我們人體無法合成苯丙氨酸，必須透過飲食獲取。存在於所有蛋白質（牛肉、雞肉、魚、豬肉、酸奶、雞蛋……）中的苯丙氨酸被稱為 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-苯丙氨酸不存在於食物中，但可以在實驗室中合成。
苯丙氨酸是一種重要的氨基酸，因為人體將苯丙氨酸轉化為酪氨酸，酪氨酸代謝為乙醯乙酸（一種酮體）和延胡索酸（一種有機酸，是檸檬酸迴圈的中間體）。苯丙氨酸是一種必需氨基酸，因為它有助於合成正確的中間體，作為人體能量合成機制的一部分。如果我們考慮苯丙氨酸的代謝，該途徑中的每一箇中間體都很重要。如果我們考慮苯丙氨酸的代謝，該途徑中的每一箇中間體都很重要。
遺傳學家會怎麼說？
如果一個基因發生突變導致該途徑中的一種酶功能失調，將導致血液中積累中間體，最終導致遺傳性疾病。當這種情況發生時，中間體的積累會導致細胞破裂，或者會導致人體找到一種方法來分解多餘的中間體，這兩種情況都可能引發嚴重的疾病和器官損傷。例如，苯丙氨酸羥化酶是將苯丙氨酸轉化為酪氨酸的酶。如果發生突變導致苯丙氨酸羥化酶功能失調，這意味著它不允許苯丙氨酸轉化為酪氨酸，血液中就會積累苯丙氨酸。人體必須找到一種方法來清除多餘的苯丙氨酸，因此苯丙氨酸被轉化為苯丙酮，這是一種有毒的中間體，會導致苯丙酮尿症 (PKU，12q22-q24 突變)。PKU 患者的症狀包括尿液中有鼠尿味，不可逆的智力遲鈍和自閉症。考慮苯丙氨酸代謝中將同源酸轉化為馬來醯乙醯乙酸的同源酸氧化酶。如果存在一個限制該酶功能的突變，將導致血液中同源酸的積累。這會導致一種被稱為苯丙酮酸尿症 (AKU，3q21-q23 突變) 的遺傳性疾病。阿奇博爾德·愛德華·加羅德爵士發現了這種先天性遺傳疾病，並提出如果基因發生突變，它會改變途徑中的酶。這種疾病會導致尿液變黑，因為同源酸在暴露於空氣中時會在尿液中氧化。此外，由於同源酸的沉積，關節、骨骼和鞏膜中會出現黑化症（黑色素）。在每一種由苯丙氨酸代謝引起的遺傳疾病中，如果途徑中發生突變導致中間體積累。
文章：PKU 突變 G46S 與苯丙氨酸羥化酶的聚集和降解增加有關。
http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolism#Investigation_and_manipulation
一般概述
新術語
- 還原論
- 理解複雜實體或過程的功能和本質的一種方法，透過將其簡化為其各個部分和子過程的相互作用來實現。它被認為是直到最近理解化學的主要方法，代謝組學和其他系統生物學領域的新方法表明，還原論對於生物科學的需要及其應用來說並不有效。 wiki/還原論
- 代謝網路
- 決定細胞生理和生化特性的代謝和物理過程的完整集合。整個代謝網路與代謝組密切相關。 wiki/代謝網路
- 放射性示蹤劑
- 一種放射性分子，用於追蹤一組反應中分子和原子的流動。也可以用來追蹤生物體液。 jhsmiami.org
- 代謝途徑
- 生化命名法中，途徑一詞描述的是一系列相關的化學反應，這些反應按順序發生，從一個任意起點開始，然後到達一個任意終點。途徑模型用於簡化生化系統的複雜性，以便於分析和教學。代謝途徑是代謝組的具體生化途徑。（從資源的語境中推斷）
- 分子動力學
- 一種計算機模擬形式，試圖根據已知的物理定律對原子和分子的運動和相互作用進行建模。在本資源的語境中，它是經典生物化學方法之一，利用化學的簡化方面來嘗試對整體進行建模。 wiki/分子動力學
課程相關性
- 本資源與課程直接相關，因為我們今天繼續使用還原論方法學習生物化學。生化途徑是學習代謝生物化學的標準部分，我們迄今為止所做的一切幾乎都與學習和測試我們對動物和植物細胞代謝網路中各種重要途徑的知識有關。
http://msi-workgroups.sourceforge.net/ 代謝組學標準倡議
一般概述
- 本資源的重點是在代謝組學領域起步階段及之後提供重要資訊並建立標準。它協調了幾個工作組，共同詳細說明了代謝組學領域的目標和標準，併為其他從事類似專案的科研人員帶來益處。
- 生物元資料工作組負責詳細說明代謝組學實驗的元資料，並根據代謝組學協會代謝組學協會網頁建立執行代謝組學實驗的標準。化學分析工作組的工作是“在代謝組學的所有方面識別、開發和傳播最佳化學分析實踐” CAWG。他們並非負責決定如何執行實驗，而是建立一套最低標準供大家遵守。資料處理工作組專注於為演算法和資料報告建立標準 DPWG，而本體工作組則專注於使代謝組學的語言連貫且易於理解，以及與科學相關 OWG。交換格式工作組專注於資訊交換和分析格式。EFGW.
- 所有這些工作組都代表著將代謝組學確立為獨立領域的持續努力。它表明，經典分析生物化學的舊術語和方法對於新的代謝組學領域來說是不可行的。需要一套新的術語、描述和本體這一事實表明，該領域已經從傳統領域發展了多遠。
新術語
- 本體 (資訊科學)
- 一個領域中的一組概念及其之間關係的表示。 wiki/本體 (資訊科學)。在本資源的語境中，該領域是代謝網路和代謝組，以及代謝組學科學及其包含的概念。
- 資料處理
- 將原始資料（通常透過演算法或分析）轉換為關於某個主題或概念的知識。在本資源的語境中，資料處理指的是處理有關代謝物和代謝網路的資料，以產生有關生物系統功能及其擾動影響的知識。
- 代謝組學協會
- 一群致力於促進代謝組學領域發展和發展的科學家和研究人員，以及促進代謝組學與其他相關領域之間的合作。
- 受控詞彙 (CV)
- 一系列術語和概念描述，這些術語和概念被迫遵循特定的規則或慣例，以便在有關某一研究領域的討論中最大程度地發揮作用。
- 不同資源
- 多樣化或明顯不同的資源。由於資源之間的差異使得翻譯變得困難，因此資源的這種狀態通常會導致資料通訊問題。 www.merriam-webster.com
課程相關性
- 生物環境和化學分析的描述與我們的課堂工作密切相關，因為它描述了代謝研究的新基本標準，並涉及我們所學到的許多生化途徑和方面。
http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolite 維基百科關於代謝組學的文章
一般概述
- 本資源的重點是對代謝組學和代謝組的概述。它描述了代謝組和代謝物，以及對它們的研究所涉及的代謝組學本身，然後繼續介紹這個新領域的歷史。該網頁描述了用於從代謝組獲取資料並應用這些資料的分析技術。它還概述了該研究領域可以應用的許多主要應用。
新術語
- 系統生物學
- 生物學研究的新領域，專注於對生物系統中複雜相互作用的系統分析。這代表著生物學從還原論轉向整合論的轉變。一些科學家指出，系統生物學並非新事物，而是生物學最初運作方式的迴歸，在生物學最初時期，人們完全依賴於學習整個系統。
- 代謝物
- 代謝過程的產物和中間物質。 wiki/代謝物#代謝物
- 次級代謝物
- 任何不直接參與生物體正常發育、生長和/或繁殖的有機化合物。 wiki/次級代謝物
- 超迴圈 (化學)
- 一個自我複製的大分子系統，其中 RNA 和酶相互合作 (參見圖片)。大分子還相互合作以提供原始翻譯能力，使資訊能夠被翻譯成酶。 pespmc1.vub.ac.be
- 代謝組學
- “對活系統對病理生理刺激或基因修飾的動態多引數代謝反應的定量測量” wiki/代謝物#代謝組學
- 營養基因組學
- 營養與基因組學之間關係的研究，以及增強和監測人類健康的應用。 wiki/營養基因組學
課程相關性
- 詳細描述了生物體代謝系統的運作方式，以及全面瞭解這些系統需要什麼。我們的課程涉及代謝組學與傳統代謝之間的差異，以及對代謝組學本身的介紹。本資源對我們在第一個代謝組學專案中自學的內容提供了非常概括但資訊豐富的檢視，並對其進行了略微擴充套件。它還描述了代謝組，我們透過使用經典生物化學的還原論方法，透過途徑逐一瞭解。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1197421#id2593737 代謝工程在組學時代: 闡明和調節調節網路
一般概述
新術語
- 代謝工程
- 最佳化細胞中的調控和遺傳過程，以便更有效、更快地生產某些物質。本文的全部內容都圍繞著如何使這種最佳化變得更容易、更有效。 wiki/代謝工程
- 蛋白質水解
- 細胞酶或其他細胞機制對蛋白質的消化，用於多種目的。本文將其列為層次結構中翻譯水平上的表型調控方法之一。 wiki/蛋白質水解
- 整體方法
- 一種避免將整體功能分解成各個部分來理解的方法，而是試圖理解整個系統的功能。（從文章的語境中推斷得出）
- 分層代謝調控
- 一系列理論，闡述代謝調控以分層的方式運作，其中基因水平是最底層，蛋白質翻譯水平是下一層，酶促調控水平是最上層。它還指出，2級和3級之間存在複雜的相互作用，經常將兩者融合在一起。（從文章的語境中推斷得出）
- 雙生長
- 指細菌菌落代謝混合代謝物（通常是糖類）時的生長階段。 wiki/雙生長
與課程的聯絡
- 本文與生物化學課程相關
- 本文主要透過對代謝組學部分的描述以及對代謝工程的關注與生物化學課程相關。所有這些內容都嚴重依賴於代謝和代謝知識。然而，本文字身建議轉向代謝組學（以及其他組學）中更注重系統的研究方法，因為過去集中於單一途徑和小規模整合的方法不足以獲得代謝工程師想要實現的目標所需的知識。這與我們代謝組學專案及其與我們學習的傳統方法的對比有關，傳統方法將系統簡化為獨立的途徑，並進行少量整合。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1626538 代謝譜的灰姑娘故事：代謝組學能參加功能基因組學舞會嗎？
一般概述
- 這篇文章完全集中在代謝組學上，探討它在不久的將來是否會成為科學競爭者。文章首先介紹了代謝組學的歷史，以及它如何融入系統生物學研究和預測的整體方案（參見圖片），以及在這個相對較新的領域工作中過去遇到的困難。由於需要同時跟蹤的代謝物數量非常多，因此科學界之前將更多精力投入到蛋白質組學和基因組學研究。然而，現在使用的新技術具有高通量和低成本的特點。因此，代謝組學輕鬆超越了以往的代謝研究方法，並開始超越蛋白質組學和基因組學。
- 這篇文章描述了代謝組學的幾個重大成功案例，包括酵母中沉默表型的比較、冠心病的高通量診斷以及杜氏肌營養不良症基因治療的監測等。這些成果與之前對簡單代謝的研究形成了對比，主要是因為它們具有更高的應用水平。代謝組學在生物化學的應用方面具有比傳統代謝還原主義方法大得多的影響力。
- 這篇文章還討論了在達到完全有效性之前需要編目和測量的海量資料，以及代謝組學和其他“組學”技術之間的交叉關聯如何產生重大相互益處。例如，代謝組學是基因組學中突變追蹤的有效快速表型分析工具，可以加速許多基因組學研究中的資料採集，並提供更準確的檢視（參見圖片）。
- 這篇文章還稍微詳細地討論了對強大資料庫的需求，並解釋了建立和填充這些資料儲存和操作工具的技術和方法已經存在。文章接著指出了由於需要獲取海量資料，因此需要新的、更強大的分析技術。尤其是需要新的軟體來操作和分析傳入的資料。文章最後指出，代謝組學在與其他“組學”協同工作以及徹底改變代謝譜分析方面具有巨大潛力，但代謝組學需要謹慎考慮許多不同的因素才能立足，尤其是在元資料方面。
新術語
- 元資料
- 字面意思是“關於資料的data”。 wiki/元資料 在本文的語境中，代謝組學元資料是指關於代謝物、它們相互作用的譜以及它們對整個系統的影響的重要輔助資訊。對於代謝組學而言，元資料可能會達到非常高的水平，因為代謝譜中變化量以及相互關聯的效應的規模可能是天文數字。
- 杜氏肌營養不良症
- 也稱為DMD，是一種與X染色體上與肌萎縮蛋白相關的基因突變引起的肌營養不良症。它會導致男性兒童肌肉質量下降和肌肉功能逐漸喪失。 wiki/杜氏肌營養不良症
- 快速表型分析
- 表型分析通常是一個多級過程，需要多個測試、成像和病理學來確定樣本的表型。 hopkinsmedicine.org 使用代謝組學生成代謝譜的快速表型分析是一種高速方法，可以生成與通常需要一系列分級測試和建模才能獲得的相同結果資訊。（從文章的語境中推斷得出）
- 共振代謝物
- 在核磁共振波譜中，核磁共振用於檢測某些化學物質。共振代謝物是指與其他代謝物具有足夠相似的共振，以至於使用核磁共振難以甚至無法檢測和編目的代謝物。（從文章的語境中推斷得出）
- 毒理學損傷
- 一種代謝事件，其中化學物質或代謝物本身達到過高或過低的水平，或以某種方式與代謝系統相互作用，從而對系統或系統的一部分產生毒理學效應。（從文章的語境中推斷得出）
課程相關性
- 這篇文章深入探討了我們在課堂上學習過的化學途徑。在討論需要測量的代謝物數量時，這篇文章討論了各種脂肪酸的結構和形成，以及這對代謝組學的資料需求可能產生的影響。它還討論了與我們在成功案例中討論過的途徑相關的幾個旁路，例如跟蹤酵母中的氧化磷酸化和糖代謝以發現沉默表型。
- 這篇文章還討論了代謝組學的許多新進展，這與之前專案以及代謝組學這一新興領域的發展直接相關。
一般概述
- 這篇文章重點介紹了圍繞之前的代謝譜分析方法的問題，這些方法以還原主義途徑分析為中心。文章指出了使用典型途徑方法繪製基因組規模代謝網路的嘗試中的不足之處。
- 這篇文章是對傳統代謝方法的實用性見解。例如，它在背景中描述了多少生物化學家會研究一個特定的途徑，例如糖酵解，而沒有考慮到可能與其相互作用的其他看似無關的途徑。這篇文章提到了具有大規模代謝譜表示的實用性，以及它如何使科學家能夠跟蹤代謝系統在多個位置的擾動，從而提高代謝研究的效率和準確性。
- 這篇文章還討論了重疊節點的問題，並提出了一種系統，其中代謝譜的濃度和重點可以由使用它的人員選擇，以消除重疊節點，但避免丟失必要的資料和上下文。他們提出了一種使用幾種演算法繪製代謝圖的軟體系統。其中一些測試地圖已顯示出來（參見圖片）。
- 本文建議使用混合二部圖來建模資料（參見圖片），並在繪圖演算法中使用多尺度聚類，以幫助將繪圖分組，以便能夠直觀且輕鬆地跟蹤，但不會導致資料丟失。（參見圖片）。該繪圖方法還使用遞迴演算法繪製元節點，以透過從最巢狀到最不巢狀的方式繪製子圖來進一步增強視覺化。（參見圖片）。
- 本文測試了軟體和方法，並將繪圖與其他方法進行了比較，跟蹤繪圖方法的準確性，以及是否更容易或更難閱讀。
新術語
- 聚類
- 資料聚類是將資料集劃分為多個子集的過程，每個子集被稱為叢集，以便每個叢集中的資料共享一個共同的特徵。與每個叢集的接近程度通常被用作相關性的度量。wiki/資料聚類 在本文的背景下，聚類被用來確定哪個重疊的節點應該放在哪裡，以防止每個表示的路徑中節點重複。
- 混合圖
- 圖是圖論中的基本物件。它是一組稱為點、節點或頂點（本文中稱為節點）的物件，它們透過線或邊（本文中稱為邊）連線起來。wiki/混合圖。混合圖具體指的是某些邊可能是有向的，而另一些邊可能是非有向的，這意味著一個節點可以與另一個節點以單向關係相關聯，或者兩者都可以彼此相關聯。這是基於代謝反應有時是可逆的，有時不可逆的背景。
- 二部圖
- 一種圖，其中頂點可以分成兩個不相交的集合，使得每條邊連線兩個集合之間的頂點（同一個集合中的兩個頂點之間沒有邊）。它們傾向於在匹配問題中很有用。wiki/二部圖。在本文的範圍內，選擇二部圖是因為節點沒有連線（這是因為反應本身之間沒有連線，底物本身之間也沒有連線，它們是在那個例子中的節點）。
- 節點（圖）
- 也稱為頂點，它是形成圖的基本單元。它們是圖中的物件，邊暗示著節點本身之間的關係。如果兩個節點沒有關係，那麼它們之間就沒有邊。wiki/頂點圖論
- 代謝擾動
- 任何導致代謝系統與其正常功能發生改變的事件（從文章中的上下文中收集）。
- 遞迴（遞迴演算法）
- 一種定義函式的方法，其中定義的函式在其自身定義中被應用。更一般地說，它是一個概念，用於描述以自相似方式重複物件的程序。一個很好的類比是兩面平行的鏡子，它們顯示出彼此的無限巢狀影像。遞迴演算法很簡單但很有效，因為遞迴的概念，並且總是需要某種形式的基本情況（結束條件）來阻止遞迴無限進行。在本文的背景下，遞迴演算法被用來提高繪圖技術的效率。wiki/遞迴
課程相關性
- 到目前為止，這篇文章與我們課堂學習內容的差異最大，因為它對統計分析、演算法和繪圖方法的強調程度很高。然而，它與我們的課堂作業有一些密切的聯絡，主要是因為它對過去方法的描述類似於我們自己在學習與代謝相關的生物化學時的 методология。
- 專注於單個途徑或多個途徑之間輕微相互作用的舊方法是我們學習代謝生物化學的方法。還原論的方法對學習有好處，因為它使事物更小、更容易被學生理解，而學生們仍在努力理解這些概念。
- 它也與我們學習的結果相關，因為我們大部分學習結果都來自遵循生物化學慣例的繪製圖，這些慣例用於顯示反應和路徑整合。因此，它直接影響了我們學習生物化學的方法，而不僅僅是我們已經學到的材料。