穀氨酸

穀氨酸和 2-酮戊二酸之間的相互轉化在植物碳 (C) 和氮 (N) 代謝中發揮著重要作用，並且可以由穀氨酸脫氫酶 (GDH) 催化。然而，GDH 在植物中保持著微不足道的功能。為了闡明 GDH 的作用，研究人員分析了擬南芥組織中的 GDH 表達。結果表明，擬南芥 GDH 基因表達調控依賴於所分析的器官或組織型別以及細胞 C 濃度。此外，gdh1-2 和 gdh2-1 被確定為擬南芥突變體，這些突變體在 GDH 基因中存在缺陷。這些突變體被分離出來，並進行雜交以產生雙基因敲除突變體，其特徵為 gdh1-2/gdh2-1，含有可忽略不計的 NAD(H) 依賴性 GDH 活性。這些突變體的表型分析表明，gdh1-2/gdh2-1 植物更容易受到 C 缺乏條件的影響，這表明雙基因敲除突變體支援 GDH 的分解代謝作用，並有助於在 C 飢餓期間為 TCA 迴圈提供燃料。當穀氨酸作為替代 N 源提供時，在 gdh2-1 和 gdh1-2/gdh2-1 植物中觀察到穀氨酸分解代謝速率降低，這由這些突變體的隨之而來的生長遲緩所表明。在長時間黑暗條件下，從野生型和 gdh 突變體植物中獲得的氨基酸譜之間存在顯著差異。當發現野生型植物中的穀氨酸水平升高而 gdh1-2/gdh2-1 中降低時，這些差異變得明顯。此外，已確定對 GDH 調控有貢獻的因素包括細胞碳水化合物和 ATP 水平。gdh1-2/gdh2-1 植物中觀察到的幾種氨基酸的異常積累提供了進一步的證據。這些結果得出結論，GDH 在 C 飢餓期間氨基酸分解中發揮著重要作用。

GDH 參與氨基酸分解在 C 缺乏期間對所有生物體顯然都很重要。儘管如此，植物能夠犧牲組織和細胞，以支援其他在代謝上更重要的組織和細胞，從而生存。當觀察到的蓮座葉損傷在 C 缺乏條件下比莖或頂端分生組織所遭受的損傷更嚴重時，這種行為得到了例證。GDH 的線粒體定位被確定為直接影響 GDH 在 C 缺乏期間將氨基酸碳骨架匯入 TCA 迴圈中的參與。此外，GDH 與 RNA 結合抑制體外 RNA 編輯的能力因 NADH、NADPH 和 ATP 水平升高而減弱。這提供了對 GDH 結合這些分子的能力的進一步見解。

參考文獻

http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/59/3/667#SEC4

綜述文章：精氨酸剝奪和代謝組學：與正常細胞和腫瘤細胞的不同敏感性相關的中間代謝的重要方面 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WWY-4G4N5TG-1&_user=47004&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000005018&_version=1&_urlVersion=0&_userid=47004&md5=0a03a14d1acfa0f568a0b83046a6d5ab 已知精氨酸剝奪會導致多種腫瘤細胞型別死亡，因為它們無法將尿素迴圈中間體轉化為精氨酸。在快速繁殖和生長的生物體中，精氨酸通常是限速氨基酸或“半必需”氨基酸。腫瘤對精氨酸的需求量很大，會導致動物腫瘤的增殖活性增加。因此，低精氨酸會減緩增殖，而在惡性腫瘤細胞中，低但並非完全缺乏的精氨酸濃度會導致細胞死亡，然而死亡途徑尚不清楚，並且人們認為凋亡是導致死亡的原因。進行了體內細胞培養實驗，結果表明，體記憶體在的恢復精氨酸水平的穩態機制在體外並不存在，因為體外沒有可用的瓜氨酸。還評估了直接消除精氨酸的細胞和透過精氨酸降解酶消除精氨酸的細胞的精氨酸消除。在用精氨酸分解代謝酶使精氨酸缺乏的正常細胞培養物中，細胞生長透過瓜氨酸得到恢復，瓜氨酸透過尿素迴圈轉化為精氨酸，但由於分解代謝酶的存在，沒有任何細胞透過新增精氨酸得到挽救。在體內，如果沒有分解代謝酶，消除精氨酸不會成功，除非瓜氨酸合成受到損害，例如腎功能衰竭。然而，體外研究似乎更有希望。在正常情況下，瓜氨酸轉化為精氨酸的轉化率太低，無法維持腫瘤生長。開發精氨酸抗癌藥物的前景非常大，儘管這種藥物要問世還需要相當長的時間。不同的酶會產生不同的產物，這些產物可能會以不同的方式影響細胞代謝。代謝組學具有相關性，將來可能有助於表徵腫瘤和患者。此外，代謝組學可用於促進癌症治療中的某些方案。

1. 半必需氨基酸 - 氨基酸是在條件合適的情況下可以由體內合成的一些氨基酸。精氨酸和組氨酸可以在需要時由其他氨基酸轉化而來。2. 瓜氨酸 - 是一種α-氨基酸，也是尿素迴圈中的關鍵中間體。瓜氨酸是一種取代的尿素，由鳥氨酸和氨甲醯磷酸生成，也作為一氧化氮合酶催化的精氨酸副產物生成。當缺乏精氨酸時，生物體會將鳥氨酸轉化為瓜氨酸以產生精氨酸。3. 體外 - 是在生物系統外受控環境中進行的實驗。4. 體內 - 在生物體內進行的實驗。5. 分解代謝 - 分子分解成更小單位並釋放能量的代謝過程。6. 細胞培養 - 在受控條件下培養原核生物、真核生物或植物細胞的過程。7. 肝細胞癌 - 是肝臟的原發性惡性腫瘤（癌症）。大多數 HCC 病例繼發於病毒性肝炎感染（乙型肝炎或丙型肝炎）或肝硬化（酒精是肝硬化的最常見原因）。8. 間質 - 存在於細胞、組織或器官中的一種無功能性結締組織支架。9. 精氨琥珀酸 - 一些細胞從瓜氨酸和天冬氨酸生成精氨琥珀酸，並將其用作尿素迴圈中精氨酸的前體。精氨琥珀酸是透過精氨琥珀酸裂解酶在檸檬酸迴圈中生成延胡索酸的前體。

這篇文章與我們生物化學代謝課程相關，因為瓜氨酸可以在尿素迴圈中轉化為精氨酸。在尿素迴圈中，兩個氨基進入迴圈，以氨甲醯磷酸的形式出現，氨甲醯磷酸是線上粒體基質中形成的，並且以天冬氨酸的形式出現，天冬氨酸也是線上粒體基質中透過草醯乙酸和穀氨酸的轉氨基作用形成的。隨後，第一步是從鳥氨酸和氨甲醯磷酸生成瓜氨酸。瓜氨酸線上粒體中生成，然後進入胞質溶膠。精氨琥珀酸透過中間體瓜氨酸-AMP 形成。精氨酸由精氨琥珀酸生成，並釋放延胡索酸，延胡索酸可以進入檸檬酸迴圈。從精氨酸中生成尿素，並再生鳥氨酸。

精氨酸 - 一種必需氨基酸（pubchem） KEGG 連結

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http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TCN-4DVBVM9-1&_user=47004&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000005018&_version=1&_urlVersion=0&_userid=47004&md5=867c1849aa7bbf8b41bb218f2d1cd367 經過同行評審的文章：D-絲氨酸誘導的腎毒性：基於 HPLC-TOF/MS 的代謝組學方法

D-絲氨酸作為人類和實驗動物大腦中 N-甲基-D-天冬氨酸受體上甘氨酸位點的內源性調節劑的作用最近得到了證實。腦中 D-絲氨酸的水平類似於甘氨酸，但 D-絲氨酸在一些區域（如紋狀體）的水平是甘氨酸的 2.6 倍。已知 D-絲氨酸會對腎近端小管細胞造成選擇性損傷，並導致蛋白尿、糖尿和氨基酸尿。氨基酸尿是導致壞死發生的重要產物。D-絲氨酸在鼠體內產生腎損傷的機制尚不清楚。D-絲氨酸進入近端小管的直段後就會被代謝，並生成α-酮酸、氨和過氧化氫。本文的研究人員使用 HPLC-MS 代謝組學來研究與 D-絲氨酸誘導的腎毒性相關的尿液代謝物的特徵。透過 HPLC-MS，結果表明 D-絲氨酸導致尿液代謝譜發生改變。除了乙醯肉鹼增加外，還觀察到脯氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、酪氨酸和纈氨酸等代謝物。這些資訊提供了有關 D-絲氨酸代謝及其在腎臟中執行的功能的資訊。

1. 腎毒性 - 是藥物或毒素對腎臟的有毒作用。2. 氨基酸尿 - 尿液中的氨基酸。3. 蛋白尿 - 尿液中的蛋白質。4. 糖尿 - 尿液中的葡萄糖。5. 近端小管 - 是腎單位中連線鮑曼氏囊和亨利氏環的管道系統的一部分。6. 擾動 - 由外部或內部機制引起的機能改變。7. 氟烷 - 是一種麻醉劑，會引發易感動物或個體的惡性高熱。在這篇文章中，它被用來殺死實驗大鼠。8. 放血 - “失血致死” - 失血致死的過程，氟烷治療後，隨後進行放血。

本文與課堂內容的一個關聯是透過D-絲氨酸進入腎臟後產生的氨和過氧化氫。氨的分解代謝產物會對生物化學過程造成威脅，因為氨具有毒性。氨在人體內的終末階段包括昏迷狀態、腦水腫和顱內壓升高。為了消除細胞質中不需要的氨，需要透過穀氨酸脫氫酶將α-酮戊二酸還原胺化生成穀氨酸，並透過谷氨醯胺合成酶將穀氨酸轉化為谷氨醯胺。這兩種酶在大腦中都有，但谷氨醯胺合成酶在氨去除途徑中更為突出。

D-絲氨酸 - 一種非必需氨基酸 (pubchem) KEGG 連結

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同行評審文章：結合代謝組學和遺傳學方法揭示了發育中的豌豆種子中多胺途徑與白蛋白 2 之間的聯絡 http://www.plantphysiol.org/cgi/content/full/146/1/74 豌豆 (Pisum sativum) 白蛋白 2 (PA2) 是一種來自種子的蛋白質，不是經典的儲存蛋白，缺乏訊號肽，在發芽時不會降解，並且很難被農場動物消化，並且被證明是一種潛在的過敏原。代謝組學方法已被應用於研究白蛋白蛋白 PA2 的生物學功能。PA2 蛋白含有四個血紅素結合蛋白重複序列，在結構上與一組哺乳動物調節蛋白（如維tronectin）相關。因此，人們認為 PA2 可能充當代謝過程的調節劑。在哺乳動物中，血紅素結合蛋白充當血漿血紅素的清除劑和轉運蛋白，血漿血紅素是有毒的，可能有助於一氧化氮的穩態。研究人員鑑定了具有降低種子中 PA2 含量的突變體，這可能為改善種子質量特性（包括消化率和減少過敏反應）提供方法。缺乏 PA2 的種子具有更高的 N 含量和更高的總種子蛋白含量，而澱粉含量保持不變。代謝物表明氨基酸組成和多胺含量存在顯著差異。缺乏 PA2 導致多胺含量降低。檢查多胺合成表明，不同的亞精胺含量是由於亞精胺合成酶和精氨酸脫羧酶的變化造成的。研究人員得出結論，PA2 調節多胺代謝。多胺是有機化合物，具有兩個或多個伯胺基團 - 例如腐胺、屍胺、亞精胺和精胺 - 它們是真核細胞和原核細胞中的生長因子。亞精胺合成酶 - 是一種催化 5'-脫氧-5'-S-(3-甲硫基丙胺基) 磺鎓腺苷向腐胺轉移丙胺基團以合成亞精胺的酶。精氨酸脫羧酶 - 是一種催化 L-精氨酸化學反應併產生胍丁胺和二氧化碳的酶。冷凍乾燥 - 也稱為冷凍乾燥，是一種乾燥方法，可以顯著減少此類損傷。丹醯化 - 使用丹磺醯氯的過程 - 是一種與脂肪族和芳香族胺中的伯胺基團反應以生成穩定的藍色或藍綠色熒光磺醯胺加合物的試劑。丹磺醯氯廣泛用於蛋白質測序和氨基酸分析本文與核苷酸的生物合成有關。精胺和亞精胺等多胺參與 DNA 包裝。它們透過從蛋氨酸和鳥氨酸開始的途徑衍生而來，該途徑以鳥氨酸的脫羧作用開始，鳥氨酸是精氨酸的前體。鳥氨酸脫羧酶是一種需要 PLP 的酶，它將鳥氨酸轉化為腐胺。丙胺基轉移酶 I 將腐胺轉化為亞精胺，在第二次丙胺基轉移酶反應^{[check spelling]} 中，亞精胺被轉化為精胺。S-腺苷蛋氨酸為丙胺基轉移酶反應提供丙胺基團。

精胺 - 一種從亞精胺形成的生物源性多胺。它存在於各種各樣的生物體和組織中，是某些細菌中必不可少的生長因子。它在所有 pH 值下都以多陽離子形式存在。精胺與核酸相關，特別是在病毒中，並被認為可以穩定螺旋結構。（pubchem）

亞精胺 KEGG 連結

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同行評審文章：膳食亮氨酸過量的轉錄組學和代謝組學 http://jn.nutrition.org/cgi/reprint/135/6/1571S 以前的研究表明，在飲食中蛋白質含量充足的情況下，給予動物亮氨酸不會出現大量劑量的亮氨酸問題。在本文中，研究人員分析了在基礎飲食或含有不同亮氨酸濃度的飲食（包括 1.5%、5%、10%、15% 和 30%）上餵養兩週的大鼠。此外，透過 DNA 微陣列分析了餵食基礎飲食或新增 5% 和 15% 亮氨酸的飲食的大鼠肝臟中的基因表達變化。資料表明，亮氨酸分解代謝途徑酶的表達變化很小，但與氮代謝和其他亮氨酸分解代謝的下游途徑相關的酶發生了變化。CAMC 顯示，過量的氮與亮氨酸和α-酮異己酸聚集在一起。總之，過量的亮氨酸可能會使氮代謝超負荷，尿素或α-酮異己酸可能是過量亮氨酸攝入的早期標誌物。

α-酮異己酸 - α-酮異己酸 (KIC) 是亮氨酸（支鏈氨基酸）的酮酸。支鏈酮酸 (BCKA) 與支鏈氨基酸 (BCAA) 非常相似，唯一的區別是存在酮基而不是氨基。因此，BCKA 可以被視為不含氨的 BCAA 來源。CAMC - 多變數相關性聚類分析 - 是將物件分類為不同組，或者更確切地說，將資料集劃分為子集，以便每個子集中的資料共享一些共同特徵 - 通常是根據某些定義的距離度量進行的鄰近性。SDH - 琥珀酸脫氫酶是一種與線粒體內膜結合的酶複合物。它是唯一參與檸檬酸迴圈和線粒體電子傳遞鏈（複合物 II）的酶。酮酸 - 是含有酮官能團和羧酸基團的有機酸 DNA 微陣列 - 是微觀 DNA 點的集合，通常代表單個基因，透過共價連線到化學基質而排列在固體表面上。DNA 陣列與其他型別的微陣列的不同之處在於它們要麼測量 DNA，要麼使用 DNA 作為其檢測系統的一部分。使用 DNA 微陣列進行的定性或定量測量利用了高嚴格性條件下 DNA-DNA 或 DNA-RNA 雜交的選擇性以及基於熒光染料的檢測 BUN - 血液尿素氮 (BUN) 檢驗是衡量血液中來自尿素的氮含量。本文與我們在課堂上學習的氮代謝有關。氨基酸和核苷酸的生物合成途徑都需要氮。大多數生物體無法利用大氣中的分子氮，直到它被還原。固定發生在某些細菌中。氮迴圈包括先前提到的細菌固定 N2 形成氨。N2 作為 NH3 的固定是由固氮酶複合物完成的，該複合物需要 ATP。還原的氮首先被摻入氨基酸中，然後被摻入其他生物分子中，包括核苷酸。穀氨酸和谷氨醯胺是氮供體。本文還與氨基酸降解途徑有關。亮氨酸分解代謝產生乙醯輔酶 A 和乙醯乙醯輔酶 A。

亮氨酸 - 一種必需氨基酸 (pubmed) KEGG 連結

Metacyc 連結：http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=LEUSYN-PWY http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=LEU-DEG2-PWY http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-5075 http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-5076 綜述文章：生物標誌物、代謝組學和藥物開發：先天性代謝缺陷有助於理解藥物毒性嗎？http://www.aapsj.org/articles/aapsj0903/aapsj0903031/aapsj0903031.pdf 由於新技術的出現和進步，藥物發現和開發一直在快速發展。這篇綜述文章主要討論了代謝組學的作用及其在藥物開發過程中的應用，以及促進從臨床前應用到臨床應用的過渡。研究人員分析了製藥公司和兒童醫院之間的知識差距，因為代謝組學應用已經應用於篩選和治療出生時患有先天性代謝缺陷的新生兒。人體先天性代謝缺陷疾病與催化氨基酸的酶缺陷有關（還討論了催化碳水化合物、脂肪酸、核酸和尿素迴圈的其他酶）。氨基酸代謝紊亂包括苯丙酮尿症，其中苯丙氨酸羥化酶是缺陷酶，酪氨酸血癥 1，其中富馬醯乙醯乙酸水解酶是缺陷酶，酪氨酸血癥 2（酪氨酸轉氨酶），尿素迴圈紊亂（精氨酸琥珀酸裂解酶），楓糖尿症（支鏈α-酮酸脫氫酶），高胱氨酸尿症（胱硫醚合成酶）和黑尿症（同型苯丙氨酸氧化酶）。從先天性代謝缺陷疾病獲得的可用代謝組學生物標誌物應該有助於毒理學家表徵藥物誘導毒性的機制，預計代謝組學將取代臨床化學。低血糖 - 血液中葡萄糖（糖）水平低於正常水平。膽紅素 - 是正常血紅素分解代謝的黃色分解產物。它在某些疾病中含量升高，是瘀傷呈黃色和糞便呈棕色原因。代謝性酸中毒 - 這是一個過程，如果不加控制會導致酸血癥（即血液 pH 值低（低於 7.35），原因是體內 H+ 生成增加或腎臟無法形成碳酸氫鹽 (HCO3-)。植物甾醇血癥 - 是一種罕見的常染色體隱性遺傳的脂類代謝紊亂。其特徵是膳食甾醇的過度吸收和膽汁排洩減少，導致高膽固醇血癥、肌腱和結節性黃瘤、動脈粥樣硬化的過早發生以及異常血液學和肝功能檢查結果。青光眼 - 是一組視神經疾病，涉及視網膜神經節細胞的損失，呈特徵性的視神經病變模式。葡萄膜膨出 - 眼球任何部位的突出；如，角膜葡萄膜膨出。本文與我們課堂討論內容的一個關聯是氨基酸降解途徑。許多氨基酸是神經遞質或神經遞質的前體或拮抗劑。氨基酸代謝的遺傳缺陷會導致神經發育缺陷和智力障礙，在大多數情況下，會積累特定的中間體。苯丙酮尿症和黑尿症都在我們的課堂討論中得到了強調。苯丙酮尿症是由苯丙氨酸羥化酶的積累引起的，苯丙氨酸羥化酶是苯丙氨酸途徑中參與的第一種酶。苯丙酮尿症是發現的第一批可遺傳代謝缺陷之一。黑尿症是由缺陷酶同型苯丙氨酸雙加氧酶引起的。這比苯丙酮尿症輕微，但會排洩大量同型苯丙氨酸，氧化後會產生黑色尿液。患有黑尿症的人會擔心患上關節炎。

同型苯丙氨酸雙加氧酶

苯丙氨酸 KEGG 連結

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同行評審文章：能量代謝的靈活性支援果蠅飛行肌肉的耐缺氧性：代謝組學和計算系統分析

http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1865581&blobtype=pdf

果蠅是研究缺氧適應的潛在遺傳模型；然而，人們對果蠅的強耐缺氧代謝來源瞭解甚少。瞭解細胞缺氧適應對於設計治療缺血再灌注損傷、中風和心肌梗塞等疾病至關重要。缺氧期間的細胞損傷通常是由 pH 值下降、鈣濃度改變、滲透壓升高以及線粒體損傷引起的，所有這些都會導致 ATP 減少。生成了代謝特徵，結果表明乳酸、丙氨酸和乙酸的積累可能是果蠅厭氧代謝的主要產物。構建了一個模型來顯示產生 ATP 的途徑，然後在計算機上分析了對缺氧的適應。研究人員得出結論，將丙酮酸轉化為乙酸、丙氨酸和乙酸的能力可能透過提高 ATP/質子比及其葡萄糖利用率來提供一定的耐缺氧能力。

缺氧——是指全身（全身缺氧）或身體某一部位（組織缺氧）氧氣供應不足的病理狀態。

缺血再灌注——指缺血組織在再灌注後發生的包括壞死在內的功能、代謝或結構改變，被認為是組織缺血區域再灌注的結果。缺血——指因血管收縮或阻塞導致身體器官、組織或部位血液供應減少。

計算機模擬——是指在計算機上或透過計算機模擬進行的。

方差分析（ANOVA）——是指一組統計模型及其相關程式，其中觀察到的方差被劃分為不同解釋變數造成的成分。

三羧酸迴圈（TCA 迴圈）——指檸檬酸迴圈。

丙氨酸在缺氧期間由另一種氨基酸向丙酮酸的轉氨基作用產生。在課堂上，我們談到了丙氨酸轉氨酶。在肌肉和其他一些組織中，為了燃料而降解氨基酸，氨基透過轉氨基作用以穀氨酸的形式收集。穀氨酸然後轉化為谷氨醯胺並被運輸到肝臟，或者它可以透過使用丙氨酸轉氨酶轉移到丙酮酸。丙氨酸進入肝臟，在肝細胞的胞質溶膠中，丙氨酸轉氨酶將氨基從丙氨酸轉移到α-酮戊二酸形成丙酮酸和穀氨酸。這個過程用於將氨從骨骼肌運輸到肝臟。

丙氨酸——一種非必需氨基酸

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http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALANINE-SYN2-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY0-1021

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALADEG-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALACAT2-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALANINE-DEG3-PWY http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY1-2 摘自 "https://wikibook.tw/wiki/Talk:Metabolomics/Metabolites/Amino_Acids" 檢視

氨基酸具有可調控嚴格性的遺傳選擇系統的代謝工程。(http://www.pnas.org/cgi/reprint/104/35/13907)

摘要：本文的主要關注點是透過工程細胞內的代謝通量來微調小分子的生物合成。在這種情況下，它是透過提供一種可調控的酶來實現的，從而引導它沿著另一條平行生物途徑進行。使用這種方法，實現了對前苯丙氨酸轉化為苯丙酮酸（苯丙氨酸合成的一個步驟）的體內選擇系統的最佳化。

術語：代謝通量——指生物過程中特定代謝物產生的速率。

營養缺陷型——指生物體無法合成其生長所需的特定有機化合物。

營養缺陷型——指不需要特定營養物質進行正常代謝和繁殖，並且在營養需求方面與野生型沒有區別。

前苯丙氨酸脫氫酶——催化前苯丙氨酸轉化為苯丙酮酸。

定點誘變——在針對突變的特定位點開發突變。

相關性：我們一直在研究糖酵解和糖異生如何在細胞中受到調節，這為透過將特定代謝物引導到平行途徑來調節代謝過程及其通量提供了另一種方法。

文章和網頁以供審查和納入

同行評審文章 #1

預測人類先天性代謝錯誤的代謝生物標誌物

分子系統生物學 5 文章編號：263 線上釋出：2009 年 4 月 28 日

審稿人：Joseph B.

主要關注點

使用計算模型從基因敲除中預測生物標誌物。

新術語

邊界代謝物: 已知在細胞內和細胞外區室之間被吸收或分泌的代謝物。（來源：http://）
交換間隔: 給定邊界交換間隔的可能吸收和分泌波動範圍。（來源：http://）
通量變數分析: 計算交換間隔的 CBM 方法。（來源：http://）
生物標誌物: 生物體液中的邊界代謝物濃度。（來源：http://）
精確度: 將預測的準確性與隨機模型進行比較時，預測的生物標誌物中正確的比例。（來源：http://）
召回率: 將預測的準確性與隨機模型進行比較時，正確預測的生物標誌物中所佔比例。（來源：http://）
質量平衡: 質量守恆的應用；說明進入和離開系統的物質。（來源：http://）
約束性建模: 作者用來預測微生物基因敲除的代謝表型的計算模型。（來源：http://）
調節約束: 考慮基因調控（在約束性模型中）。（來源：http://）
代謝網路: 代謝途徑和疾病的資料庫。（來源：http://）

摘要

作者描述了使用計算模型來預測基因敲除引起的疾病的生物標誌物的準確性和潛在用途。為了評估該模型，他們將他們預測的生物標誌物與 OMIM 和 HMDB 資料庫上已知的生物標誌物進行了比較。當約束性模型用於紅細胞代謝時，作者發現該模型預測的準確性為 0.73，召回率為 0.40。然而，在某些情況下，CBM 會導致錯誤的預測。這種情況在精氨酸血癥中就適用。該模型無法預測精氨酸胞外濃度升高，因為存在替代的精氨酸分解代謝途徑。由於參與這些反應的某些酶的表達量低，這些替代途徑無法補償主要分解代謝途徑。因此，CBM 缺乏調節約束。該計算模型產生錯誤預測的另一個原因是模型中的簡化假設和代謝網路的不完整性。總的來說，作者指出，該模型預測正確生物標誌物的機率比隨機模型高 6 到 15.8 倍。這些結果令人鼓舞，作者希望使用該模型來預測尚未記錄為引起疾病的基因敲除的生物標誌物。一些需要改進的地方是將模型與更大的人類代謝網路整合，並將代謝調節與模型整合，以改進預測。

與傳統代謝課程的相關性

本文討論了預測由導致氨基酸分解代謝、糖酵解和磷酸戊糖途徑等途徑中蛋白質功能障礙的基因突變導致的代謝物濃度差異的分析方法。採用約束性模型以及 OMIM 和 HMDB 資料庫來測量預測的生物標誌物的準確性。所描述的計算模型的未來有可能透過預測基因破壞的生物標誌物（在突變被識別之前）為人類基因組計劃增加一個新的維度。