代谢库

代谢库（Metabolome）是指生物体内所有代谢产物（Metabolites）的总和，涵盖了细胞、组织或生物体在特定时间和条件下的代谢状态。代谢产物包括小分子化合物（<1500 Da），如氨基酸、脂肪酸、糖类、有机酸、维生素、激素和次级代谢产物等。这些分子在能量代谢、信号传导、细胞通讯和生理调控中发挥重要作用。

1. 代谢库的组成

代谢库可根据代谢物的来源或功能分类：

1.1 原发性代谢产物（Primary Metabolites）

• 直接参与生长和生存的基本代谢途径，如糖酵解（Glycolysis）、三羧酸循环（TCA cycle）、氨基酸代谢等。
• 主要包括：
  • 碳水化合物（如葡萄糖、乳酸）
  • 脂质（如脂肪酸、胆固醇）
  • 氨基酸及其衍生物（如谷氨酸、酪氨酸）
  • 核苷酸及其代谢产物（如ATP、GTP）

1.2 次级代谢产物（Secondary Metabolites）

• 非必需但对适应环境或特殊功能至关重要。
• 主要包括：
  • 植物生物碱（如咖啡因、吗啡）
  • 抗生素（如青霉素）
  • 类黄酮（如槲皮素）

2. 代谢库的研究方法

2.1 代谢组学（Metabolomics）

• 研究代谢库的学科，采用高通量分析技术检测、鉴定和定量生物体系内的代谢物。
• 常用分析技术：
  • 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）
  • 气相色谱-质谱联用（GC-MS）
  • 液相色谱-质谱联用（LC-MS）
  • 超高效液相色谱（UPLC）

2.2 代谢数据库

• KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）：代谢通路数据库。
• HMDB（Human Metabolome Database）：人类代谢物数据库。
• MetaboLights：存储代谢组学实验数据的公共数据库。

3. 代谢库的应用

3.1 生物医学

• 疾病生物标志物：代谢异常可作为糖尿病、癌症、代谢综合征等疾病的早期诊断指标。
• 药物代谢：研究药物的代谢途径，提高药物设计和个体化治疗。

3.2 营养与食品科学

• 研究不同饮食对人体代谢的影响，如肠道微生物代谢产物对健康的调节作用。

3.3 合成生物学

• 通过基因工程优化微生物或植物的代谢途径，提高有用化合物（如生物燃料、药物）的合成效率。

4. 参考文献

（1）Nicholson, J. K., Lindon, J. C., & Holmes, E. (1999). "Metabonomics: understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis." Xenobiotica, 29(11), 1181-1189.
（2）Wishart, D. S., et al. (2018). "HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018." Nucleic Acids Research, 46(D1), D608-D617.
（3）Kell, D. B., & Oliver, S. G. (2016). "The metabolome 18 years on: a concept comes of age." Metabolomics, 12, 148.