什么是蛋白质结构分析

蛋白质的功能直接取决于其结构、与其他蛋白质的相互作用以及在细胞、组织和器官中的位置。蛋白质组学对蛋白质的结构和功能进行了大规模研究，这些研究能识别与特定疾病状态相关的蛋白生物标志物，为治疗提供了潜在靶点。通过了解蛋白质结构以及对蛋白质位置、表达水平和相互作用作图得到了有意义的信息，可用于推断蛋白质功能。 

代谢组学的分析流程

一般来说，代谢组分析流程如下：首先对代谢物进行预处理，预处理的方法由测量分析方法决定。如果采用质谱分析，则需要提前将代谢物分离并电离。然后对预处理后的组分进行定性和定量分析。

在预处理中，常用的分离方法包括：气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）。气相色谱分辨率较高，但需要代谢组分气化，对组分的分子量有一定限制。高效液相色谱也广泛应用于代谢组分析，因为它在液相中分离代谢成分，因此不需要气化成分。与气相色谱法相比，其测量范围更宽，灵敏度更高。优势。此外，毛细管电泳还可以分离代谢成分，应用较少，但理论上其分离效率高于高效液相色谱。

在预处理过程中，常常会添加内标，以方便后续对样品质量的监测和比较。由于不同的实验批次和进样顺序对后续测量也有一定的影响，因此还添加了空白对照。与混合样品进行比较以进行质量监控。

对不同代谢成分进行定性和定量分析的方法包括质谱法（Massspectrometry，MS）和核磁共振波谱法（NuclearMagneticResonanceImaging，NMR）。其中，质谱法具有灵敏度高、特异性强的优点，广泛应用于代谢物的检测。它可以对分离和电离后的代谢物进行定性和定量。电离方法包括：常压化学电离（Atmospheric-Pressure Chemical Ionization，APCI）、电子电离（Electron ionization，EI）、电喷雾电离（Electrospray ionization，ESI）等，需要根据不同的分离方法进行选择。例如，电喷雾电离通常用于通过液相色谱分离组分。然而，由于质谱法不能直接检测生物溶液或组织，其应用受到了限制。为了提高原有质谱分析的灵敏度、简化样品制备、减少背景的影响，一些新的质谱相关技术得到了发展。这些技术包括：二次离子质谱 (SIMS) 和纳米结构引发剂 MS (NIMS)，它们都是解吸/电离方法，两者均与基质无关。其中，SIMS利用高能离子束解吸样品的接触表面，具有空间分辨率高的优势，是与质谱联用的器官/组织成像的强大技术。 NIMS可用于小分子的检测。基质辅助激光解吸/电离（MALDI）是一种较为温和的电离方法，可以获得一些常规电离方法容易解离成片段的完整大分子的质谱信息，如DNA、蛋白质、肽和糖等。解吸电喷雾电离 (DESI) 是一种直接电离技术，可与质谱法串联使用，在大气条件下直接分析样品。其原理是利用快速移动的带电溶液流从接触表面提取样品，可用于法医分析、药物、植物、生物组织、聚合物等的分析。激光烧蚀电喷雾电离（LAESI）是一种结合中红外激光烧蚀和二次电喷雾电离的直接电离技术，可用于多种样品，包括植物、组织、细胞，甚至血液、尿液等未经处理的生物溶液，已应用于食品监管、药品监管等领域。核磁共振波谱不需要预先分离代谢组分。与质谱分析相比，核磁共振波谱具有结果重现性更好、样品制备更简单、无需预分离、对样品破坏较小等优点。它低于质谱法（有争议，一些人认为这是由于样品预处理工作流程不正确），但由于其易用性也被广泛使用。药品监管等领域。核磁共振波谱不需要预先分离代谢组分。与质谱分析相比，核磁共振波谱具有结果重现性更好、样品制备更简单、无需预分离、对样品破坏较小等优点。它低于质谱法（有争议，一些人认为这是由于样品预处理工作流程不正确），但由于其易用性也被广泛使用。药品监管等领域。核磁共振波谱不需要预先分离代谢组分。与质谱分析相比，核磁共振波谱具有结果重现性更好、样品制备更简单、无需预分离、对样品破坏较小等优点。它低于质谱法（有争议，一些人认为这是由于样品预处理工作流程不正确），但由于其易用性也被广泛使用。有些人认为这是由于样本预处理工作流程不正确造成的），但由于其易用性，它也被广泛使用。有些人认为这是由于样本预处理工作流程不正确造成的），但由于其易用性，它也被广泛使用。

此外，其他检测方法还包括：离子迁移谱分析（Ion-mobilityspectrometry，IMS）是一种基于电离分子在气相载体中的迁移来分离和分析这些分子的技术。灵敏度高，可单独使用或与质谱、气相色谱或液相色谱串联使用。电化学检测技术与高效液相色谱 (HPLC-ECD) 相结合，可用于测量复杂基质中的低含量成分，具有易用性、灵敏度和选择性。应用于临床研究、食品检测、药物检测等领域。拉曼光谱基于振动光谱，可以检测化合物的结构及其微小变化。具有不破坏样品、样品前处理简单、和高空间分辨率。它已用于临床病理学研究和微生物分类。以及检测、化合物分析等领域。

靶向和非靶向代谢组分析技术区别

代谢组学是生物体内生化反应的集合，是生命维持生命的物质基础，是研究生命活动的重要基础。代谢组学是基于高通量分析和生物信息学技术，研究生命在内、外环境影响下的内源代谢活动，包括代谢物的类型、数量和变化的检测和分析，从而研究集体生命。活动发生和发展的本质。

代谢物是生物过程的最终产物，其状态变化可以准确反映细胞功能的变化。研究表明，包括癌症在内的多种疾病，如肝病、肾病、心血管和神经系统疾病等，都与细胞内代谢状态变化引起的生理紊乱或细胞功能丧失有关。代谢组学已成为后基因组学时代功能基因组学的研究工具，大规模筛选新生物标志物用于疾病早期预测、诊断和分型的重要手段，以及精准医疗的重要技术手段之一。

代谢组学优势

代谢物种类和数量的变化易于检测；
与基因组学、蛋白质组学相比，技术手段更简单；
与基因组学和蛋白质组学相比，代谢物数量少，易于检测、验证和分析；
代谢水平的变化可以实时揭示机体的生理和病理状态。

代谢组学分类

根据研究目的不同，代谢组学又可分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学。

非靶向代谢组学是指利用LC-MS、GC-MS、NMR技术对所有小分子代谢物（主要是细胞、组织、器官或生物体中刺激或扰动前后）进行公正的检测。通过生物信息学分析筛选相对分子质量小于1000Da的内源性小分子化合物的动态变化，并进行差异代谢物的通路分析，揭示其变化的生理机制。

靶向代谢组学是对特定类别代谢物的研究和分析。两者各有优缺点，常联合使用用于差异代谢物的发现和定量，以及对后续代谢分子标志物的深入研究和分析，应用于食品鉴定、疾病研究、动物模型验证等和生物标志物发现。在疾病诊断、药物研发、药物筛选、药物评价、临床研究、植物代谢研究、微生物代谢研究等方面发挥着重要作用。
代谢组学应用方向

1.生物样品中复杂代谢物的检测。
2. 寻找疾病的生物标志物。
3. 标记验证和绝对定量研究。
4.研究代谢途径的机制。

靶向代谢组学和非靶向代谢组
学之间的区别

靶向：关注目标代谢物，通常基于通路
非靶向：发现差异代谢物并寻找生物标志物

定性定量
靶向：定性定量同时进行，可检测浓度
非靶向：可定性，相对定量

方法
针对性：需要先购买标准品，进行方法学验证，然后进行测试，成本较高
非针对性：直接进样即可分析，成本相对较低

代谢组平台比较

非靶向代谢组学常用LC/MS、GC/MS、NMR三种检测方法，优缺点如下：

1、NMR（核磁共振）
优点是对样品无损，测量无偏差，即适用于血液、尿液等液体样品，也适用于固体样品如组织器官，测量速度快，可实现样本代谢组的动态监测。缺点主要是分辨率较低。

2、GC-MS（气相色谱法）
GC-MS是一种代谢组学研究技术，具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也较好。缺点主要是样品处理复杂、衍生化困难。对物质进行表征和定量比较困难，影响了该技术在更大范围内的使用。

3、LC-MS（液相色谱）
优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围宽。

非靶向代谢组分析技术

代谢组学通常需要使用多种分析技术来满足不同的实验需求。常见的代谢组分析技术包括核磁共振（NMR）、液相色谱-质谱（LC-MS）、气相色谱-质谱（GC-MS）、毛细管电泳-质谱（CD-MS）、HILIC-MS等在。高分辨率质谱技术主要包括TOF-MS、FTICR-MS、Orbitrap-MS、Sector-MS等。

1. GC-MS（气相色谱）是代谢组学研究中的经典技术。具有技术成熟稳定、分辨率高的特点。同时，由于数据库比较完整，质量也更加准确。缺点主要是在样本上。加工过程复杂，且不易衍生化的物质难以表征和定量，影响了该技术在更大范围的应用。

2、LC-MS（液相色谱）的优点主要表现在样品制备和预处理简单、实验重复性好、分辨率高、分离分析范围广。

数据分析

数据预处理：使用XCMS、MZmine、MarkerView等工具进行原始数据处理。
差异代谢物的鉴定：常见的分析方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。数据分析结果还需要通过t检验和投影变量重要性（VIP）值来筛选差异代谢物。一般认为同时满足P<0.05且vip>1.0的变量为差异代谢物。
代谢通路分析：常见的代谢组通路数据库包括HMDB、KEGG、Reactome、BioCyc、MetaCyc等数据库，可用于代谢通路和相互作用网络分析。
多组学分析：多组学分析已经是组学发现的趋势。可用的数据库和工具包括 IMPaLA 网站、iPEAP 软件、MetaboAnalyst 网站、SAMNetWeb 网站、pwOMICS、MetaMapR、MetScape、Grinn、WGCNA、MixOmic、DiffCorr、qpgraph、巨大等。

关于样品

1. 微生物和细胞样品：快速灭活代谢活性（猝灭），同时防止细胞裂解
2. 动物体液（如尿液、血液、组织、器官、唾液）：采样后应迅速进行前处理，如添加抗凝剂和防腐剂，立即冷冻（-80℃）
3.植物样品：采集后快速冷冻（液氮），然后转至-80℃保存，200mg/箱
4.血清样品：500ul/箱（不少于200ul/箱），必须避免反复冻融。 （将血液收集于离心管中，静置30分钟使其凝固，然后离心取上清液装入干净的离心管中，然后8000rpm离心5分钟。-80℃冷冻保存送货。）
5、尿液样本：1ml/箱，原则上可以多取一点（尿液直接装入离心管，每管1ml，加一滴（约10ul）1/100（w/v）叠氮hua钠，冷冻-80℃）
6、瘤胃液：1ml/箱，原则上可以多取一点。收集步骤：瘤胃液6000×g离心15min，取上清液，等分，-80℃冷冻，干冰送样。为了使样品保持更长时间，可在取样后加入一滴（约10μl）1/100质量体积（w/v）叠氮hua钠溶液。

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