分子生物学新技术及应用

1、Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics分子生物学新技术及其应用温州医学院检验医学院分子生物学检验技术分子生物学检验技术第十章第十章Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics第一节 代谢组学及其研究进展 什么是代谢组学？ 代谢组学研究方法 代谢组学分析技术 气相色谱-质谱联用技术（GC-MS） 液相色谱-质谱联用技术（LC-MS） 毛细管电泳-质谱联用技术（CE-MS） 核磁共振技术（NMR）Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics一、

2、代谢组学的概念 组学时代基因表达基因组转录组蛋白质组代谢组学第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics代谢组学研究什么？生物体系（细胞、组织或生物体）代谢产物发生变化（种类，随时间变化）特定基因突变环境变化生物体系代谢组学研究对象第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体 糖类糖类 脂类脂类蛋白质蛋白质水水 无机盐无机盐维生素维生素各种物质代谢之间互有联系，

3、相互依存。各种物质代谢之间互有联系，相互依存。 消化吸收消化吸收中间代谢中间代谢废物排泄废物排泄第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics机体物质代谢不断受到精细调节机体物质代谢不断受到精细调节机体有精细的调节机体有精细的调节机制，调节代谢的机制，调节代谢的强度、方向和速度强度、方向和速度内外环境内外环境的变化的变化对机体代谢造成对机体代谢造成影响影响适应环境适应环境的变化的变化精细的调节控制第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics普

4、遍定义 代谢组学：通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后（如将某个特定的基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。 研究对象：相对分子质量小于1000的内源性小分子。 代谢物小分子类别：多肽、氨基酸及其衍生物、胺、脂类、金属离子。第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics特点1.关注于内源性小分子化合物。2.对生物体系中的小分子化合物进行定性定量研究3.内源性小分子化合物的上调和小调指示了与疾病、毒性、基因修饰或环境因子的影响。4.内源性化合物的特点用来表征疾

5、病和药物筛选。第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics研究方法 研究步骤：生物组织，体液经灭活预处理多个方法联用第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics应用： 药物研发 疾病研究 植物代谢组学 微生物代谢组学 中药现代化第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics连接图数据库 Connections Map DB京都基因与基因组百科全书 KEGG (htt

6、p:/www.genome.jp/kegg/ligand.html)生物化学途径 ExPASy互联网主要代谢途径 main metabolic pathways on Internert, MMPDuke 博士植物化学和民族植物学数据库Arizona 大学天然数据库Wiley_handbook of gc-ms新药及其代谢产物质谱库http:/www.ualberta.ca/_gjones/mslib.htm“肿瘤”代谢组数据库http:/www.metabolic-Pubmed 化合物数据库NIST质谱数据库/srd

7、/nistl.htm一些有用的数据库：第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics分析技术1.气相色谱-质谱联用技术（GC-MS） 工作原理：气相色谱仪接口质谱仪常压高真空离子源质量分析器检测器第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics几种新的GC-MS技术 全二维气相色谱质谱技术（GCGC-TOFMS） 全二维气相色谱：气化室检测器色谱柱1色谱柱2调制器第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab

8、of Medical Genetics柠檬水中柠檬烯的手性化合物分析只能看到一个峰色谱图_柱1 (检测器: FID)色谱图_柱2 (检测器: MS)切换到第二根色谱柱第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics研究实例：用Leco ChromaTOF soft ware得到的质荷比为73（m/z）的离子碎片典型GCGC-TOFMS二维血浆色谱图（Analytica Chimica Acta，2009，633，257-262）第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Me

9、dical Genetics2.液相色谱-质谱联用技术（GC-MS） 工作原理：液相色谱仪接口质谱仪常压高真空离子源质量分析器检测器第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics液相色谱-质谱联用的新技术 4000Q Trap LC/MS/MS 第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical GeneticsYang Jun 等运用安捷伦公司的高效液相色谱系统配合API公司的Q-TRAPLC液相质谱系统。研究50个健康人和慢性乙肝病人的血清样本，经过脱蛋白处理。

10、经过去噪音，峰型尖锐化等处理。使用PLS-DA处理代谢数据，研究确定了代谢物标记分子。（Journal of Proteome Research, 2006, 5, 554-561）下图为分析结果：使用PLS-DA处理代谢数据正常组和慢性乙肝组对照（Journal of Proteome Research, 2006, 5, 554-561） 第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics新型液相色谱技术UPLC新型超高液相色谱仪第一节 代谢组学及其研究进展HPLC色谱柱填料颗粒：色谱柱填料颗粒：3、5mUPLC色谱柱

11、填料颗粒：色谱柱填料颗粒：1.7m分离能力得到空前提高分离能力得到空前提高Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics 比较（a）HPLC和（b）UPLC用于美沙芬的代谢物TOP质谱全扫描（Rapid Commun Mass Spectrom, 2005, 19, 843）第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical GeneticsUPLC在代谢组学中的研究优势： UPLC相对于传统的HPLC有更好的分离效率、峰容量、及灵敏度，提供更适合与质谱联用的接口，有助于检出更多的代谢物。 提

12、高方法通量、灵敏度，改善与质谱联用的定性定量结果。 UPLC与质谱联用为代谢组学研究提供更加高效、灵敏的研究平台。第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics毛细管电泳-质谱联用技术（CE-MS） 代谢组学研究的生物样品中包含多种离子性代谢物（糖酵解代谢产物、三羧酸循环代谢物、如羧酸、磷酸化糖；以及核苷酸、氨基酸、辅酶等代谢物。） 毛细管电泳以毛细管为分离通道、采用高压直流电场为驱动力的的新型液相分离技术，通过离子化合物的质荷比（m/z）不同造成迁移速率不同来实现分离。 适用于普通反相色谱柱不易保留的离子性代谢物的分

13、离分析。 第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics第一节 代谢组学及其研究进展毛细管电泳-质谱联用分析仪（兰州理工大学）型号： P/ACE MDQ-Deca XP plus 厂家：美国 Beckan Coulter-FinniganZhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics核磁共振技术（NMR） 基本原理是：在排除杂质及水峰的干扰下，1H-NMR的谱峰与样品中的化合物的氢原子是一一对应的。所测的样品中的每一个氢在谱图中都有唯一的谱峰与之相对应。图谱中信号的强弱则反映出样品中各组分相对含量的关系，适用于研究代谢产物。 第一节 代谢组学及其研究进展Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics第一节 代谢组学及其研究进展 Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics第一节 代谢组学及其研究进展北京大