代謝組學/代謝物/碳水化合物
| 與碳水化合物途徑相關的 KEGG 圖譜 | |||
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| MetaCyc 碳水化合物途徑 |
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| 碳水化合物合成 |
| 碳水化合物降解 |
| 糖酵解 |
| 磷酸戊糖途徑 |
| 卡爾文迴圈 |
碳水化合物代謝物的示例
乳糖：http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=6134（PubChem）
糖原
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=439177
（PubChem）
核糖
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=5779
（PubChem）
甘油醛
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=751
（PubChem）
澱粉
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/image/imgsrv.fcgi?t=l&cid=439341
（PubChem）
網站
什麼是生命？磷酸戊糖途徑和糖原代謝 和 什麼是生命？糖酵解和糖異生
摘要： 本網站概述了碳水化合物的基本知識及其在人體中的作用。它還涵蓋了碳水化合物的代謝。葡萄糖氧化可以在糖酵解和磷酸戊糖途徑中看到，而葡萄糖的再生在糖異生中看到。本網站逐步展示了這些途徑的反應以及每個步驟的能量產出。該網站的第二個連結指向一個涵蓋糖原代謝的頁面，展示了糖原合成和降解的淨反應。這兩個連結都有關於葡萄糖和糖原代謝的主要控制機制的部分。
術語： 葡萄糖苷酶 - 參與分解澱粉和糖原等複雜碳水化合物的酶
抗壞血酸 - 具有抗氧化特性的糖酸。壞血病是由缺乏維生素 C 引起的疾病。
葡萄糖調節器 - 透過糖原合成和糖酵解在提供過量時去除葡萄糖，並在需要時透過糖異生提供葡萄糖
伴隨 - 以被動方式伴隨
肝脂酶 - 脂解酶，由肝細胞合成，位於肝竇毛細血管表面
磷酸葡萄糖變位酶 - 一種酶，在正向方向上將葡萄糖單體上的磷酸基團從 1' 位置轉移到 6' 位置，或在反向方向上從 6' 位置轉移到 1' 位置
UTP - （尿苷三磷酸）- 一種嘧啶核苷酸，包含有機鹼基尿嘧啶
關係：本網站清楚地解釋了碳水化合物代謝的含義。它展示了糖酵解和糖異生之間的關係，以及兩種途徑之間不同的三種酶。它還展示了碳水化合物代謝，特別是本例中的葡萄糖和糖原的主要控制方法。該網站是一個很好的資源，可用於更深入地瞭解葡萄糖和糖原代謝。
摘要： 人類代謝組資料庫是一個包含有關小型代謝物資訊的資料庫。這些資訊包括化學成分、分類學、在體內的位置、代謝物的正常水平、基因組序列、它參與的途徑以及它與之相互作用的其他分子。該網站連結到 KEGG、PubChem、MetaCyc、ChEBI、PDB、Swiss-Prot 和 GenBank（見下文術語）。本網站特別易於使用，並且包含有關每個分子的海量資訊。只需進入主頁並輸入要查詢的分子名稱即可。
術語： KEGG - 京都基因與基因組百科全書 - 用於將基因組與生命和環境聯絡起來的生物資訊學資源
PubChem - 免費的小型有機分子化學結構資料庫及其生物活性資訊
MetaCyc - 代謝途徑百科全書 - 包含來自 900 多種不同生物體的 900 多條途徑
ChEBI - 生物學意義的化學實體 (ChEBI) 是一款免費提供的分子實體詞典，專注於“小型”化學化合物
PDB - 蛋白質資料庫 - 來自布魯克海文國家實驗室的實驗確定的生物大分子 3-D 結構的檔案
Swiss-Prot - 手動整理的蛋白質序列生物資料庫
GenBank - NIH 遺傳序列資料庫，所有公開可用的 DNA 序列的註釋集合
關係：本網站提供了對小型分子（如碳水化合物）資訊的輕鬆訪問，這些資訊在代謝組學研究中非常有用。您可以確定代謝物在體內的正常水平以及可能導致這些水平升高或降低的參與途徑。這將有助於篩查特定的代謝疾病。
摘要： 這是一個非常基本的網站，概述了碳水化合物代謝的原理。它涉及代謝物葡萄糖，包括其合成和降解途徑。它還涉及其他碳水化合物，如澱粉、糖原和麥芽糖。該網站描述了這些代謝物在體內的用途以及它們如何參與不同的途徑。碳水化合物代謝物的生物合成和調節也是本網站的一部分。
術語： 果糖 - 是一種簡單的還原糖（單糖），存在於許多食物中
醛縮酶 - 一種幫助將葡萄糖轉化為能量的酶
發酵 - 細胞在無氧條件下（沒有氧氣）產生能量的過程
丙酸 - 是一種天然存在的羧酸
生物素 - 維生素 H 或 B7，水溶性 B 族維生素，用於羧化反應
NDP-葡萄糖 - 核苷二磷酸葡萄糖 - 活化中間體
糖苷鍵 - 一種特殊的官能團，將碳水化合物（糖）分子連線到另一個分子
關係：該網站展示了碳水化合物代謝物在我們體內相互作用的不同方式，以及它們如何被合成和分解。該網站是視覺化某些代謝物在哪裡發現以及它們參與的途徑的絕佳工具。憑藉眾多圖表，該網站非常適合將碳水化合物代謝物融入人體大局。
同行評審文章
摘要： 矽藻負責地球 20% 的碳固定。然而，這種機制尚不清楚。本文試圖透過提出矽藻碳固定的模型來闡明這一過程。關於金藻昆布多糖（矽藻中主要的碳水化合物）的合成和儲存，人們也知之甚少。這種碳水化合物被分泌出來，是生物膜的主要成分。本文生成了碳濃縮機制、光呼吸、氧化和還原戊糖磷酸途徑以及糖酵解反應模型。糖酵解反應模型如下所示。
術語： 矽藻 - 真核藻類主要類群，是最常見的浮游植物型別之一，大多數為單細胞
Rubisco - 核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 - 催化 CO2 的結合
金藻昆布多糖 - 矽藻中主要的儲存碳水化合物
嵌合體 - 兩種或多種遺傳上不同的細胞種群
內共生體 - 任何生活在另一種生物體體內或細胞內的生物體
質體 - 只存在於植物細胞和光合作用原生生物中的細胞器，負責光合作用
計算機模擬分析 - 使用計算機結合資訊學功能進行的分析
葉肉細胞 - 包含葉綠素的薄壁組織細胞
周質空間 - 質膜和外膜之間的空間
關係：人們對碳水化合物代謝和人體中許多不同的碳水化合物代謝物有很多瞭解。然而，令人驚訝的是，人們對矽藻如何固定二氧化碳知之甚少，因為二氧化碳對我們的生存至關重要。本文首次提出了這種機制的模型。也許有一天，我們會在這本教科書中找到這張圖。
摘要： 為了訪問本文，您必須先在生物學雜誌上完成免費註冊。這項研究是首批開發數學模型以描述觀察到的代謝通量實驗變化的研究之一。作為對活性氧的反應，酵母將從糖酵解轉變為磷酸戊糖途徑，作為對 ROS 的立即保護反應。這種轉變是為了維持細胞中的氧化還原平衡。
術語： 有害的 - 有害的，有傷害性的
三磷酸甘油醛異構酶 - TPI - 催化三磷酸甘油醛異構體二羥基丙酮磷酸和 D-甘油醛 3-磷酸的可逆相互轉換
代謝通量 - 代謝物流動速率
活性氧物種 - ROS - 氧離子、自由基和過氧化物，包括無機和有機
擾動 - 運動、過程、排列或平衡狀態的干擾
從頭 - 重新開始，重新開始
二醯胺 - 含有兩個醯胺基團與一個或多個酸性或負性基團相連的化合物
關係：眾所周知，人體會根據血液中的碳水化合物狀態改變其使用的途徑（糖酵解或糖異生）。這項研究現在表明，酵母會響應活性氧物種從使用糖酵解轉變為磷酸戊糖途徑。有趣的是，看到許多不同的生物體都具有在途徑之間切換的能力，以抵消不利影響或節省能量。
先天性高胰島素血癥中新鑑定的 KCNJ11 突變導致的 ATP 敏感性鉀通道活性的失穩
摘要： 本文證明了 ATP 敏感性鉀通道在控制胰腺細胞分泌的胰島素量方面的重要性。研究表明，該鉀通道編碼基因發生突變會導致膜去極化，從而導致胰島素分泌的基線水平升高。這會導致高胰島素血癥疾病。
術語： 高胰島素血癥 - 指人或動物血液中胰島素水平高於正常水平
磺醯脲類藥物 - 一類口服降血糖藥（用於降低 2 型糖尿病患者血糖水平的藥片和膠囊）
磷酸肌醇 - 作為控制膜運輸的蛋白質機器的直接區域性調節劑或招募者
低血糖 - 是指血液中葡萄糖水平低於正常水平導致的病理狀態
生長抑素 - 生長激素抑制激素
奧曲肽 - 強大的生長激素、胰高血糖素和胰島素抑制劑
化學發光 - 由於化學反應產生的有限熱量而產生的發光（發光）
外源性 - 由機體或系統外部因素引起的
關係：在整個代謝研究中，我們瞭解到在膜上需要 pH 值和電荷梯度。在這種情況下，電荷梯度對於細胞中的正確訊號傳導至關重要。去極化程度降低會導致胰島素在更高的基線水平上分泌，從而導致高胰島素血癥疾病。
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1694820.com
摘要： 這篇同行評審文章的主要內容是討論糖酵解過程，該過程導致 ATP 的形成，ATP 是厭氧真核生物單鞭毛蟲的主要燃料。ATP 和葡萄糖都是與糖酵解直接相關的代謝物，並將被納入生物體的代謝組。由於厭氧真核生物缺乏完整的三羧酸迴圈，因此它們每分子葡萄糖只能提取少量 ATP。這與人類細胞相反，這使得這篇文章很重要，因為它討論了糖酵解中酶的替代版本。在厭氧真核生物中，透過水平基因轉移從相關細菌到其他真核生物，研究了丙酮酸正磷酸二激酶和焦磷酸鹽 - 果糖 6-磷酸磷酸轉移酶等酶。水平基因轉移是指一個生物體將遺傳物質轉移到另一個非其後代的細胞的過程。對單鞭毛蟲糖酵解途徑的分析導致鑑定出單基因樹和保守的 HGT 事件，這些事件為被稱為 Ecavata 的原生生物的單系性提供了證據。氧單鞭毛蟲與賈第鞭毛蟲和陰道滴蟲之間的共享水平基因轉移事件進一步支援了這種關係。這種關係成為重要的資源，因為它側重於使用單鞭毛蟲的葡萄糖代謝物來確定其譜系。
術語： 水平基因轉移 - 一個生物體將遺傳物質轉移到另一個非其後代的細胞的過程
單系性 - 包括一個祖先物種及其所有後代的生物群。
氧單鞭毛蟲 - 一組鞭毛原生生物，僅在白蟻和其他食木昆蟲的腸道中發現。
雙鞭毛蟲 - 一組鞭毛蟲，其中大部分是寄生蟲。也歸類為原生生物。
行走引物 - 是一種測序方法，用於測序大型 DNA 片段（介於 1.3 到 7 千鹼基之間），該方法透過將長序列分成幾個連續的短序列來實現。
系統發育分析 - 對性狀（例如，序列）之間進化聯絡的分析
分類單元 - 任何生物體或具有相同分類等級的生物體群；例如，目、科、屬或種的成員。
關係：此資源與我們目前的課程非常密切相關。正如您所記得的那樣，我們必須記住完整的糖酵解途徑，這正是這篇文章所涵蓋的內容。它側重於該途徑中涉及的酶，其中一些是我已經記住的。它還從厭氧的角度回顧了該過程，這闡明瞭糖酵解如何改變但仍然產生 ATP。這很有趣，因為我們主要關注的是一種型別的糖酵解。
摘要： 這篇研究文章的重點是研究糖酵解途徑中幾種酶對果蠅飛行能力的通量控制程度。作者能夠透過“敲除”磷酸葡萄糖異構酶、磷酸葡萄糖變位酶、三磷酸甘油醛異構酶、己糖激酶、丙酮酸激酶和糖原磷酸化酶，並研究每種敲除對果蠅拍翅頻率的影響來研究這一點。拍翅頻率是通量控制的準確衡量標準，因為它與氧氣消耗密切相關，並直接反映 ATP 水解的速率。
術語： 雙翅目 - 昆蟲雙翅目（雙翅目或“真”蠅）的成員，其特點是隻使用一對翅膀飛行，而第二對翅膀縮小為用於平衡的球狀物。P 元件 - 存在於黑腹果蠅中的轉座子，廣泛用於誘變和建立用於遺傳研究的轉基因果蠅。血淋巴 - 昆蟲“血液”多型性 - 個體生物體或同一物種生物體中不同形式、階段或型別的出現，獨立於性變異。退化 - 與後代遺傳品質退化有關或導致遺傳品質退化。基因滲入 - 透過將種間雜種反覆回交到其親本之一，將一個物種的基因滲入另一個物種的基因庫中。
相關性：本文進行的研究涉及我們課堂上講過的糖酵解途徑。作者研究了糖酵解中幾種酶對果蠅飛行調節的控制。作者透過降低每種酶的活性並計算其對飛行效能的通量控制來測試酶的調節有效性。
使用 (1,2-13C2) 葡萄糖對禁食大鼠肝細胞中葡萄糖代謝網路進行動態分析
摘要： 本文重點研究了大鼠肝臟葡萄糖代謝網路中代謝物在正向和反向方向上透過該途徑的速率（即通量）。
術語： 離子交換色譜 - 一種允許根據分子電荷特性分離離子和極性分子的過程。電子轟擊電離 - 質譜電離方法。待分析樣品被汽化到質譜儀的離子源中，在那裡它受到電子束的轟擊，電子束具有足夠的能量來電離分子。同位素異構體 -（同位素異構體）具有相同數量的每種同位素原子但位置不同的異構體。外流 - 代謝物從途徑中流出。流入 - 代謝物進入途徑。補充 - 補充代謝中間體的濃度，這些代謝中間體在生物體中已被耗盡。
相關性：本文涉及課堂上討論過的兩個主要概念。首先，它使用通量測量作為分析途徑代謝控制的一種手段。其次，它提到，許多途徑並非孤立存在，實際上透過共享底物、啟用劑、抑制劑等相互關聯和整合，因此一個途徑的變化會影響其他途徑。
酵母菌 S.cerevisiae 和 P.stipitis 的代謝通量分析
摘要： 這項研究探討了 2 株酵母菌 S.cerevisiae 和 P.stipitis 在不同濃度葡萄糖的培養基中生長時的代謝調節差異。P.stipitis 的中心碳代謝在很大程度上是未知的，而 S.cerevisiae 的中心碳代謝則有詳細記錄。代謝通量比分析用於識別 P.stipitis 中心碳代謝中的活性途徑。通量比的差異表明酵母菌株之間途徑活性的差異。
術語： METAFoR（代謝通量比）分析 - 一種確定代謝物產生速率的方法核磁共振 (NMR) 光譜 - 一種用於識別分子的技術恆化器培養 - 在靜態化學環境中生長的培養物補充 - 補充耗盡的代謝中間體來源呼吸發酵代謝 - 發酵和呼吸的同時執行
相關性：這項研究可以直接與本課程的內容聯絡起來。它側重於 3 種代謝途徑：糖酵解、磷酸戊糖和檸檬酸迴圈。對這些途徑的分析以及隨後對 2 種生物體的比較是對代謝調節的研究。
同行評審文章 #1
審稿人：Shannon B
主要關注點： 文章的主要關注點是瞭解有氧和無氧發酵混合ZM4s對產氣莢膜梭菌在有氧和無氧條件下的生長影響。
摘要：產氣莢膜梭菌 (ZM4) 產生的乙醇產量非常接近理論值，並且具有高度特異性的生產力。重組菌株能夠發酵 C-5 和 C-6 糖。ZM4 在無氧條件下表現最佳，但是一種耐氧生物。這種特殊的 DNA 分子在遺傳和生理應激反應方面尚不清楚。對於產氣莢膜梭菌 (ZM4) 這種細菌，透過微陣列分析證明了轉錄組學和代謝組學的有氧和無氧發酵。高效液相色譜 (HPLC)、氣相色譜 (GC) 和氣相色譜-質譜聯用 (GC-MS) 也被證明在實驗中發揮了作用。當氧氣不存在時，ZM4 更快地吸收葡萄糖，生長速度更快，主要產物是乙醇。還有其他大量產生的最終產物，如乙酸鹽、乳酸鹽和乙醯甲基甲醇。有氧條件下乙醇的產量僅為無氧條件下的 1.7%。透過微陣列分析，在有氧和無氧條件下，早期指數生長階段某些基因的表達沒有被檢測到。隨著發酵的繼續，細胞外代謝物譜的差異越來越大。在無氧條件下，ZM4 中氨基酸的含量（如丙氨酸、纈氨酸和賴氨酸）比有氧條件下低。在穩定期，微陣列分析表明，166 個基因的表達差異超過兩倍。ZM4 透過 Entner-Doudoroff (ED) 途徑發酵葡萄糖、果糖和蔗糖，產生乙醇和二氧化碳。ED 途徑基因的轉錄本編碼了一種關鍵酶。在 ZM4 發酵過程中，高氧濃度對發酵效能有負面影響，有氧和無氧條件下的最大比生長速率沒有太大差異。儘管如此，氧氣確實會影響細胞的生理機能，導致代謝副產物的積累，最終導致穩定期轉錄組譜的顯著差異。
有用連結
http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/success/zmobilis_mar_2001.pdf
http://www.uniprot.org/taxonomy/542
高效液相色譜 (HPLC)：一種柱色譜形式，它根據化合物獨特的極性和與柱固定相的相互作用來分離、鑑定和定量化合物。 (http://en.wikipedia.org/wiki/High_performance_liquid_chromatography)
氣相色譜 (GC)：一種色譜方法，用於分離和分析可以在不分解的情況下汽化的化合物。 (http://en.wikipedia.org/wiki/Gas-liquid_chromatography)
氣相色譜-質譜聯用 (GC-MS)：結合氣相色譜和質譜法，識別測試樣品中的不同物質。 (http://en.wikipedia.org/wiki/GC-MS)
微陣列分析：確定細胞中哪些基因在特定時間點被開啟。數千個樣本在單次分析中被測量，涵蓋許多不同型別的分析。 (http://www.wisegeek.com/what-is-microarray-analysis.htm)
木質纖維素： “木質素和纖維素的混合物，存在於木質組織中木質部細胞的壁中。” (http://www.thefreedictionary.com/lignocellulose)
Entner-Doudoroff (ED) 途徑：使用一組與糖酵解或磷酸戊糖途徑不同的酶來分解葡萄糖生成丙酮酸。 (http://en.wikipedia.org/wiki/Entner%E2%80%93Doudoroff_pathway)
耐氧生物：一種厭氧生物，能夠在有氧或無氧條件下生存或生長。 (http://www.biology-online.org/dictionary/Aerotolerant)
產氣莢膜梭菌：一種屬於產氣莢膜梭菌屬的細菌。它以其生產生物乙醇的能力而聞名。“它最初是從酒精飲料中分離出來的，如非洲棕櫚酒、墨西哥龍舌蘭酒，以及歐洲國家蘋果酒和啤酒中的汙染物。” (http://en.wikipedia.org/wiki/Zymomonas_mobilis)
相關性宣告：本文使用了許多技術，這些技術將有助於代謝和不同代謝物的研究。例如，氣相色譜 (GC)、高效液相色譜、氣相色譜-質譜聯用。由於我們的課程集中在不同的代謝途徑上，這些技術對於理解代謝測量結果以及這些代謝途徑的結果非常有幫助。本文更多地關注有氧和無氧發酵。這讓我們更好地瞭解了這種代謝途徑在不同生物體中的應用，例如產氣莢膜梭菌。已經研究了不同的細菌，如大腸桿菌、產氣莢膜梭菌和產鹼克雷伯菌。也研究了革蘭氏陽性細菌，如枯草芽孢桿菌和穀氨酸棒狀桿菌。