Метаболиты

Метаболиты

Метаболиты – это продукты обмена веществ. Они образуются в органах, тканях и клетках в результате процесса метаболизма. К данному термину обычно относят продукты межклеточного и внутриклеточного обмена, которые подлежат окончательному распаду и выведение их организма. Большинство метаболитов после проникновения в кровь принимают активное участие в гуморальной регуляции – обеспечении различных процессов жизнедеятельности в организме человека через жидкость при помощи гормонов. Метаболиты могут оказывать неспецифическое и специфическое влияние на физиологические и биохимические процессы.

Продукты обмена веществ могут быть первичными, вторичными, конечными (более не подвергаются трансформации), промежуточными (которые подвергаются дальнейшим биологическим трансформациям), экскретируемыми вместе с потом, калом, мочой, выдыхаемым воздухом. К первичным метаболитам относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они необходимы для жизнедеятельности и имеются во всех клетках живого организма. Вторичные метаболиты могут встречаться в клетках организма, так и не встречаться.

Метаболиты участвуют в процессах диссимиляции и ассимиляции. Последний их них представляет собой процесс образования из простых веществ более сложных. Диссимиляция — это разрушение различных органических соединений с последующим получением белков, жиров и углеводов в простые вещества.

Метаболомика лекарственных растений

Метаболомика биологических объектов

Что такое метаболом?

Метаболом – это комплекс всех низкомолекулярных метаболитов с массой Что такое метаболомика?

Метаболомика – это технология, которая включает в себя набор аналитических и биоинформационных методов для количественного определения и идентификации низкомолекулярных метаболитов (метаболома), присутствующих в клетке, ткани или организме. Главная цель метаболомики заключается в определении изменений в биохимическом фенотипе организма, которые являются реакцией организма на его генетическую модификацию, или на любые изменения в окружающей среде.

В чем особенность и важность метаболомики?

Одним из приоритетных направлений биологической науки является изучение взаимосвязи генотипа и фенотипа живого организма. Однако, активное использование методов геномики, транскриптомики и протеомики показало, что эти технологии не дают всей необходимой информации, которая позволяет определить, как изменение в геноме, мРНК или белке связаны с изменением в биологической функции организма или в фенотипе. В связи с этим, для эффективного решения многих вопросов функциональной геномики, наряду с традиционными фенотипическими характеристиками организма (морфологическими и анатомическими) стали использовать анализ его биохимического фенотипа или метаболома. Информация об уровне внутриклеточных метаболитов, совместно со структурой метаболических путей, оказалась очень важной для понимания механизма регуляции метаболизма. Кроме того, в настоящее время она представляет большую ценность не только для функциональной геномики, но и для развития биохимической инженерии.

Области использования метаболомики

Применение метаболомики позволяет решать многие проблемы фундаментальной биологии и медицины, которые не могут быть решены с помощью других подходов.

Например:

  • сравнение метаболизма генетически модифицированного и исходного организмов
  • определение изменений в метаболизме биообъекта под действием какого-либо фактора окружающей среды
  • быстрый и эффективный контроль селекционного процесса растений
  • тщательный биохимический контроль пищевых и лекарственных растений и продуктов их переработки
  • выявление метаболитов-маркеров, изменение содержания которых тесно связано с различными патологическими процессами у растений и животных (включая человека)
  • и т.д

Основные услуги, оказываемые по метаболомике биообъектов

Полный цикл работы:

  • Дизайн и подготовка эксперимента
  • Отбор образцов и экстракция метаболитов. Оптимальное число повторности одной группы образцов растений (генотип или фенотип) 7-10. Вес сухого растительного образца – 10-30 мг. Оптимальное число повторности одной группы образцов человека или животных – до 20; размер образца, например плазма крови – 100-150 μл
  • Анализ метаболома образцов с применением газо-жидкостной хроматографии и ультра-эффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детекторованием (ГХ-МС и УЭЖХ-МС)
  • MetAlign обработка МС хроматограмм с полным сканированием (TIC, total ion chromatogram): корректировка базовой линии хроматограммы, обнаружение пиков метаболитов, нормализация относительно внутреннего стандарта, экстракция масс-спектров, выравнивание МС хроматограмм всех образцов
  • Формирование таблицы данных метаболома образцов и их нормализация относительно веса образца. Биоинформационная обработка данных с использование SIMCA-P+ анализа (PCA, НСА, OPLS и другие)
  • Определение метаболитов, которые вносят основной вклад в различие анализируемых групп биообъектов (S-plot)
  • МС идентификация метаболитов-маркеров с применением библиотек масс-спектров: «NIST-2008», MPIMPP (Германия) и МSDB (Университет Турку и ВИЛАР), HMDB, а также на основе измерения молекулярной массы метаболита с применением хроматографической системы Agilent 1200 УЭЖХ с BRUKER micrOTOF-Q-MS высокого разрешения
  • Анализ данных и получение биологической информации
  • Представление результатов работы в форме отчета

По желанию заказчика работа может быть ограничена выполнением только какого-то определенного этапа.

Стоимость работы

Стоимость работы в области метаболомики договорная и рассчитывается для каждого отдельного заказа с учетом типа биообъекта, объема работы, используемой хроматографической платформой (ГХ-МС или УЭЖХ-МС), общим количеством образцов и трудоемкостью подготовки образцов для экстракции. Она также включает стоимость расходных материалов, реагентов, стандартов и сервисное обслуживание хроматографических систем, что необходимо для получения достоверного конечного результата.

Оборудование, используемое при анализе метаболома


А, шаровая мельница MM200 (RETSCH) для гомогенизации образцов;
Б, система VORTEX Genie 2 для экстракции метаболитов


Установка для лиофильной сушки Lyophilizer CHRIST Alpha 2-4 (B. Braun Biotech, International)
Концентратор (Concentrator plus, Eppendorf AG)
Perkin Elmer газо-хроматорафическая система AutoSystem XL с масс-спектрометрическим детектором TurboMass Gold для анализа полярных и липофильных метаболитов
Waters Acquity УЭЖХ система с диодным и XEVO TQ МС детектором для анализа полярных и липофильных метаболитов
Agilent 1200 УЭЖХ система с масс-спектрометрическим детектором высокого разрешения BRUKER micrOTOF-Q-MS для идентификации метаболитов
Система Waters для препаративной ВЭЖХ. Используется для выделения и последующей идентификации метаболитов методами 1^H- и 13^C-ЯМР

Примеры анализа метаболитов


ГХ-МС профиль метаболитов экстракта растения
УЭЖХ-УФ-МС (TIC) профили метаболитов растения (УЭЖХ система Waters Acquity с диодным и XEVO TQ МС детектором)
УЭЖХ-УФ-МС идентификация метаболита растения (УЭЖХ система Agilent 1200 с масс-спектрометрическим детектором высокого разрешения BRUKER micrOTOF-Q-MS)

Метаболиты в норме и при патологии

В живой клетке ежесекундно образуются сотни метаболитов. Однако их концентрации поддерживаются на определенном уровне, который является специфической биохимической константой или референтной величиной. При болезнях происходит изменение концентрации метаболитов, что является основой биохимической лабораторной диагностики. К нормальным метаболитам относят глюкозу, мочевину, холестерол, общий белок сыворотки крови и ряд других. Выход концентрации этих веществ за пределы физиологических норм (повышение либо снижение) говорит о нарушении их обмена в организме. Более того, ряд веществ в организме здорового человека обнаруживается только в определенных биологических жидкостях, что обуславливается спецификой их метаболизма. Например, белки сыворотки крови в норме не проходят через почечный фильтр и, соответственно, не обнаруживаются в моче. Но при воспалении почек (гломерулонефрите) белки (в первую очередь альбумины) проникают через капсулу клубочка, появляются в моче – протеинурия и трактуются как патологические компоненты мочи.

Патологическими метаболитами являются миеломные белки (белки Бенс-Джонса), парапротеины при макроглобулинемии Вальденштрема, накопление аномального гликогена при гликогенозах, разнообразных фракций сложных липидов при сфинголипидозах и т.д. Они обнаруживаются только при болезнях и для здорового организма не характерны.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читать книгу целиком
Поделитесь на страничке

Смотреть что такое «Метаболиты» в других словарях:

  • МЕТАБОЛИТЫ — промежуточные продукты обмена веществ в живых клетках. Многие из них оказывают регулирующее влияние на биохимические и физиологические процессы в организме … Большой Энциклопедический словарь

  • МЕТАБОЛИТЫ — МЕТАБОЛИТЫ, химические вещества, задействованные в метаболических процессах в клетках организмов. Эти вещества принимают участие в различных биологических обменах энергией, необходимых для роста организма, поддержания его жизнедеятельности и для… … Научно-технический энциклопедический словарь

  • метаболиты — вещества, образующиеся в клетке в процессе метаболизма. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.) … Словарь микробиологии

  • МЕТАБОЛИТЫ — см. Гормоны среды. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

  • метаболиты — – промежуточные продукты метаболитического пути или цикла … Краткий словарь биохимических терминов

  • метаболиты — (гр. metabole перемена) вещества, образующиеся в организме в процессе обмена веществ метаболизма ср. антиметаболиты). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. метаболиты [ Словарь иностранных слов русского языка

  • метаболиты — промежуточные продукты обмена веществ в живых клетках. Многие из них оказывают регулирующее влияние на биохимические и физиологические процессы в организме. * * * МЕТАБОЛИТЫ МЕТАБОЛИТЫ, промежуточные продукты обмена веществ в живых клетках.… … Энциклопедический словарь

  • метаболиты — metabolitai statusas T sritis chemija apibrėžtis Organizmo medžiagų apykaitos produktai. atitikmenys: angl. metabolites rus. метаболиты … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • метаболиты — metabolitai statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Medžiagų apykaitos produktai, susidarantys ląstelėse, audiniuose bei organuose. atitikmenys: angl. metabolites rus. метаболиты … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

  • метаболиты — (греч. metabole изменение, превращение) промежуточные продукты обмена веществ … Большой медицинский словарь

Энергетический обмен и общий путь катаболизма.

13.4.1. Реакции цикла Кребса относятся к третьей стадии катаболизма питательных веществ и происходят в митохондриях клетки. Эти реакции относятся к общему пути катаболизма и характерны для распада всех классов питательных веществ (белков, липидов и углеводов).

Главной функцией цикла является окисление ацетильного остатка с образованием четырёх молекул восстановленных коферментов (трёх молекул НАДН и одной молекулы ФАДН2), а также образование молекулы ГТФ путём субстратного фосфорилирования. Атомы углерода ацетильного остатка выделяются в виде двух молекул СО2.

13.4.2. Цикл Кребса включает 8 последовательных стадий, обращая особое внимание на реакции дегидрирования субстратов:

Рисунок 13.6. Реакции цикла Кребса, включая образование α-кетоглутарата

а) конденсация ацетил-КоА с оксалоацетатом, в результате которой образуется цитрат (рис.13.6, реакция 1); поэтому цикл Кребса называют также цитратным циклом. В этой реакции метильный углерод ацетильной группы взаимодействует с кетогруппой оксалоацетата; одновременно происходит расщепление тиоэфирной связи. В реакции освобождается КоА-SH, который может принять участие в окислительном декарбоксилировании следующей молекулы пирувата. Реакцию катализирует цитратсинтаза, это – регуляторный фермент, он ингибируется высокими концентрациями НАДН, сукцинил-КоА, цитрата.

б) превращение цитрата в изоцитрат через промежуточное образование цис-аконитата. Образующийся в первой реакции цикла цитрат содержит третичную гидроксильную группу и не способен окисляться в условиях клетки. Под действием фермента аконитазы идёт отщепление молекулы воды (дегидратация), а затем её присоединение (гидратация), но другим способом (рис.13.6, реакции 2-3). В результате данных превращений гидроксильная группа перемещается в положение, благоприятствующее её последующему окислению.

в) дегидрирование изоцитрата с последующим выделением молекулы СО2 (декарбоксилированием) и образованием α-кетоглутарата (рис. 13.6, реакция 4). Это – первая окислительно-восстановительная реакция в цикле Кребса, в результате которой образуется НАДН. Изоцитратдегидрогеназа, катализирующая реакцию, — регуляторный фермент, активируется АДФ. Избыток НАДН ингибирует фермент.

Рисунок 13.7. Реакции цикла Кребса, начиная с α-кетоглутарата.

г) окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата, катализируется мультиферментным комплексом (рис. 13.7, реакция 5), сопровождается выделением СО2 и образованием второй молекулы НАДН. Эта реакция аналогична пируватдегидрогеназной реакции. Ингибитором служит продукт реакции – сукцинил-КоА.

д) субстратное фосфорилирование на уровне сукцинил-КоА, в ходе которого энергия, освобождающаяся при гидролизе тиоэфирной связи, запасается в форме молекулы ГТФ. В отличие от окислительного фосфорилирования, этот процесс протекает без образования электрохимического потенциала митохондриальной мембраны (рис. 13.7, реакция 6).

е) дегидрирование сукцината с образованием фумарата и молекулы ФАДН2 (рис. 13.7, реакция 7). Фермент сукцинатдегидрогеназа прочно связан с внутренней мембраной митохондрии.

ж) гидратация фумарата, в результате чего в молекуле продукта реакции появляется легко окисляемая гидроксильная группа (рис. 13.7, реакция 8).

з) дегидрирование малата, приводящее к образованию оксалоацетата и третьей молекулы НАДН (рис.13.7, реакция 9). Образующийся в реакции оксалоацетат может вновь использоваться в реакции конденсации с очередной молекулой ацетил-КоА (рис. 13.6, реакция 1). Поэтому данный процесс носит циклический характер.

13.4.3. Таким образом, в результате описанных реакций подвергается полному окислению ацетильный остаток СН3-СО-. Количество молекул ацетил-КоА, превращаемых в митохондриях в единицу времени, зависит от концентрации оксалоацетата. Основные пути увеличения концентрации оксалоацетата в митохондриях (соответствующие реакции будут рассмотрены позднее):

а) карбоксилирование пирувата – присоединение к пирувату молекулы СО2 с затратой энергии АТФ; б) дезаминирование или трансаминирование аспартата – отщепление аминогруппы с образованием на её месте кетогруппы.

13.4.4. Некоторые метаболиты цикла Кребса могут использоваться для синтеза структурных блоков для построения сложных молекул. Так, оксалоацетат может превращаться в аминокислоту аспартат, а α–кетоглутарат – в аминокислоту глутамат. Сукцинил-КоА принимает участие в синтезе гема – простетической группы гемоглобина. Таким образом, реакции цикла Кребса могут участвовать как в процессах катаболизма, так и анаболизма, то есть цикл Кребса выполняет амфиболическую функцию (см. 13.1).