细胞代谢产物提取物中分解产物的鉴定

细胞代谢产物提取物中分解产物的鉴定

摘要：分析细胞代谢产物的方法大多数都需要从细胞中提取代谢产物。这些方法关注的是由于提取不完整造成对代谢水平的估计不足。然而，通过这些提取方法的比较，似乎提取一个特定的代谢产物最好的方法是使产量达到最大。在以不同浓度甲醇水溶液提取大肠杆菌的实验中：通过液相色谱-串联质谱法对提取结果进行分析，我们观察到使用含水量≥50%的溶液进行提取得到的核苷和碱基的产量比使用含水量≤20%的溶液进行提取要高。然而，在提取物中添加标记了同位素的核苷进行示踪显示，核苷和碱基的高产量是由于核苷和核苷酸在水分充足条件下分解导致的，而不是因为采用了良好的提取方法。同位素示踪标记法是检测细胞代谢物提取物中分解产物普遍采用的一个方法。甲醇水溶液提取大肠杆菌实验中，低温和高浓度的甲醇最大限度的降低了代谢物的分解。

关键词：代谢组学；新陈代谢；提取；细菌；取样；稳定性；液相色谱-质谱/质谱法；三重四极杆；小分子

细胞代谢网络在生物学，将吸收的营养物质转化成能源，生物大分子亚基和信号分子中起着基础性作用。由于这些过程的重要性，人们对尽可能完整的理解细胞代谢活动有很大的兴趣。为此，在过去5年研究中，在并行文献中看到试图对细胞代谢网络的许多组成成分的研究显著加快，普遍关注的是通过改变营养状况造成细胞环境的扰动而导致代谢产物浓度的定量变化。

代谢产物分析遇到的一个长期挑战是从生物样品中提取感兴趣的化合物。尽管避免了需要通过直接在居住环境范围内对感兴趣的分析物进行提取来衡量，这种可能性是很吸引人的（例如，采用核磁共振[NMR])，绝大多数的代谢产物分析仍继续通过提取完成。提取物的使用在样品的浓缩和分离中具有重要优势。此外，使用质谱（MS）有利于分析，质谱对于从复杂的混合物中鉴定和定量低含量的组成成分来说是一项独特的强大技术。

在努力使基于细胞的代谢更加定量和系统的一部分研究中，已经有越来越多的研究来确定适合广泛的代谢产物谱的提取条件，同时也了解这些提取过程的局限性。例如，Maharjan和Ferenci采用薄层色谱法分析放射性标记的样本，研究了分别以沸乙醇水溶液，冷甲醇水溶液和热甲醇水溶液，冷高氯酸溶液和冷氢氧化钾水溶液提取大肠杆菌的效率。根据其得到最高数量代谢产物的提取方法的产量最高，同时也能够避免高温或极端PH的直接影响，他们发现冷甲醇水溶液法（他们以50:50混合进行实验）是最好的方法。随后，Villas-Boas和他的同事在酿酒酵母中进行了相关实验。相

对于侧重细胞原料的提取，取而代之的是他们使用气相色谱—质谱法作为检测方式测量了加入示踪同位素标记的代谢产物的复原，发现冷的纯甲醇法使代谢产物损失降到最低，这是Maharjan和Ferenci没有探索出的条件。

基于这些结果以及我们自己的研究，我们首先使用冷的80:20甲醇水溶液提取细菌沙门氏菌，平行提取三次以提高代谢产物总产量。在三次提取结束后，随后使用其他的混合溶剂进行提取，大部分代谢产物没有大量产生，通过这我们有理由证明此过程的有效性。

虽然之前的这些研究在确定适合以细胞为基础的代谢组学的提取方法方面取得了很大进展，但是他们没有回答如何判断一个提取方法这一根本问题。获得尽可能多的可测定数量的内源性代谢物是重要的特点？它能使具体的关键代谢产物产量最大化？它能最大限度的减少标准代谢产物的损失？没有额外的代谢产物，提取能得到更高的提取产量？

为进一步优化内源性代谢产物的提取，我们在不同条件下提取大肠杆菌，与一些最初探索使用冷甲醇水溶液提取条件不同的是，我们使用的水分含量不同。我们惊奇的发现，甲醇含量从80%至50%明显的改变了代谢物结构，在使用80%甲醇溶液提取的结果中核苷酸含量丰富，同时核苷和碱基在50%甲醇中含量更高。这就提出了以下问题：80%和50%的甲醇水溶液哪一个是较优的提取溶剂？利用同位素示踪标记的方法，我们得出一个明确的答案：甲醇含量高的溶液是较优的提取溶剂，因为在水分含量充足条件下核苷和碱基的提取效果明显“好”，实际上是由于核苷酸的分解。这一研究结果强调了选择提取方法的重要性，正确的提取方法能由生产出的产品反映真正的细胞内环境，而不仅仅是产生大量的代谢产物。 材料和方法 化学药品

VWR 国际公司（西切斯特，宾夕法尼亚州，美国）生产的HPLC级溶剂（全溶剂，易安迪化学试剂，吉布斯顿，新泽西州，美国），万灵科化学品公司（菲利普斯堡，新泽西州，美国）生产的乙酸铵（纯度99.4%）和飞世尔科技（匹兹堡，宾夕法尼亚州，美国）生产的氢氧化铵（纯度29.73%）。所有的纯代谢物标准品和媒介组分都来自西格玛-奥德里奇公司（圣路易斯，密苏里，美国），而且从制造商得知它们的纯度都≥98%。剑桥同位素实验室（安多弗，马萨诸塞，美国）提供的U-13C标记的葡萄糖（纯度99%）。 细胞生长和提取

所有试验中均使用大肠杆菌K-12菌株NCM3722。细胞在37℃下，以10mM的氯化铵为氮源和0.4%葡萄糖（未标记或完全由13C标记）为碳源，含盐量最小的摇床瓶中生长。当吸光值在650nm（A650）处达到约0.35时，将指数生长期的细胞培养淬灭并进行提取。根据改变后的Lu和他的同事最初提出的基本方案，代谢产物在如结果所描述的具体浓度甲醇水溶液和变化的提取温度条件下被连续提取。5000克细菌离心沉淀4分钟，立即弃去上清液，向沉淀中加入300μL甲醇水溶液并混合均匀，淬灭新陈代谢并开始提取。15分钟后，样品在微型离心机中以4℃，13200r/min离心5分钟，弃去水溶性提取物。按照上面的方法重复提取沉淀，除了添加200μL甲醇水溶液外再合并提取液。然后进行第三次提取沉淀，再添加200μL甲醇水溶液，并且将最后一次的提取液与前两次的结合共得到700μL提取液，用于分析。 标准12C标记的同位素示踪法

在提取开始时13C标记的细胞中加入未标记12C的标准同位素示踪剂，目的就是确定它们在提取过程中因吸收，固定，或分解作用所导致的被示踪标准物的可能损失，也为了确定被示踪标准物中任何分解产物的产生。大肠杆菌在上面描述的U-13C标记的葡萄糖中生长至少20代。以指数增长的13C标记细胞离心沉淀后，加入300μL含有市售非标记化合物的混合物的萃取溶剂，淬灭新陈代谢并开始提取。之后提取过程按照上述全过程重复进行一次，没有额外添加标准化合物，最终得到700μL提取液。在示踪条件下，选择加标提取溶剂中的代谢物浓度进行比较，标准12C标记的信号与

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C标记的内源性代谢物的信号大致相当。在700μL总提取液中加标化合物及其最终

浓度分别是5-甲基四氢叶酸（5-MTHF，0.015μg/mL），乙酰辅酶A（乙酰-CoA， 5μg/mL），丙氨酸（0.15μg/mL ），5’-胞苷三磷酸腺苷（CTP，1μg/mL），果糖-1，6 - 二磷酸（FBP，1μg/mL），谷氨酰胺（ 0.03μg/mL） ，5’-鸟苷三磷酸腺苷（GTP，1μg/mL），5’-肌苷单磷酸腺苷（IMP，1μg/mL），S-腺苷甲硫氨酸（SAM，0.3μg/mL），色氨酸（0.15μg/mL），5’-胸苷三磷酸腺苷（TTP，2μg/mL），5’-尿苷单磷酸腺苷（UMP，1μg/mL），缬氨酸（0.15μg/mL），和黄苷 （1μg/mL）。 液相色谱-串联质谱法

把Bajad和他的同事描述的步骤进行些许改变对样品进行分析，涉及到通过液相色谱-串联质谱法，使用三重四极杆仪器在选定反应监测模式模式下操作，对一系列预知的代谢物进行检测。选定反应监测模式包括从一个给定的母体中检测产生的特定产物。每一种化合物都是从它的色谱保留时间，母体质量和产品质量的综合来鉴定的。以12C与13C形式给定的代谢产物在不同的选定反应监测模式扫描过程下进行独立测

量，通过不同的选定反应监测模式快速扫描，在一个单一色谱中能获得许多化合物的数据（例如，20-100）。

详细分析如下。液相色谱条件是在碱性PH条件下使用一个氨丙基亲水作用色谱柱(填料粒度5μm, 柱尺寸50?2mm，飞诺美公司，托兰斯，加利福尼亚州，美国)。色谱柱为高效液相色谱（HPLC）系统（岛津，哥伦比亚，马里兰州，美国），自动进样器温度4℃，柱温15℃，进样体积10μL。溶剂A为20mM醋酸铵和20mM氢氧化铵的5%乙腈水溶液，PH9.3。溶剂B为乙腈。每一个样品跑两次：一次在阳离子模式下进行，另一次在阴离子模式下进行。在阳离子模式下，洗脱梯度为：0min，85%B；3min，45%B；10min，0%B；22min，0%B；23min，85%B；29min，85%B；溶剂流动速度为：0min，100μL/min；18min，100μL/min；20min，200μL/min；27min，200μL/min；27.1min，100μL/min；29min，100μL/min。在阴离子模式下，洗脱梯度为：0min，85%B；3min，45%B；10min，0%B；20min，0%B；21min，85%B；27min，85%B；溶剂流动速度为：0min，100μL/min；16min，100μL/min；18min，200μL/min；25min，200μL/min；25.1min，100μL/min；27min，100μL/min。

.质谱分析是采用高效液相色谱串联质谱连用超三重四极杆质谱仪（美国热电，圣荷塞，加利福尼亚州，美国）进行的。阳离子模式下的电喷雾离子电压是3200V，阴离子模式下是3000V。氮气在压力30磅时被作为鞘气，在10磅时被作为辅助气体，氩气在毛细管温度为325℃，压强1.5mTorr时被作为碰撞气体。在扫描宽度为1m/z时，每个选定反应监测模式转换的扫描时间是0.1S。这里报道的关于每个化合物的特定的选定反应监测模式参数都是由Bajad和他的同事提供的。 结果

.甲醇与水的比例对内源性代谢物产量的影响

图1对甲醇水溶液用于提取时得到的大肠杆菌中约100种不同代谢产物的产量进行比较。每幅图的X轴表示以80%甲醇水溶液，也就是我们在先前研究中使用的甲醇水比例，进行提取时可测得的化合物的产量。每幅图的Y轴分别表示以100%，50%，20%甲醇水溶液进行提取时的产量。不考虑混合溶剂的影响，产量相同的化合物会落在同一条线上。线右下方的点表明80%甲醇水溶液中的化合物相比较来说比另一条件中的丰富，反之亦然；仅存在于一个条件下的化合物落在了坐标轴上。远离特定直线的化合物（即那些对提取溶剂特别敏感的化合物）被标记出来了。对于每个混合溶剂，首次提取都在最低温度下进行，因为在最低温度下能使提取最易进行而不会导致溶剂冻结（100%和80%甲醇溶液为-75℃，50%甲醇溶液为-20℃，20%甲醇溶液为4℃），

后两次提取都在4℃下进行。选择使第一步提取在尽可能冷的条件下进行是为了使新陈代谢快速淬灭。

由图1看出的第一个关键点就是，20%和50%甲醇水溶液的提取结果与80%和100%甲醇水溶液的提取结果显著不同，而它们之间又相当类似。看出的第二个关键点是在含水量高和含水量低的情况下得到的提取物有些在本质上有很大不同；在水分含量高的条件下，尤其是在50%甲醇溶液中含量最丰富的化合物大部分是核苷（腺苷，鸟苷，胞苷，尿苷和胸苷）和碱基（腺嘌呤，鸟嘌呤和胞嘧啶），而含量最少的化合物大部分是核苷酸（胞苷三磷酸，胞苷单磷酸，次黄苷三磷酸，肌苷单磷酸，尿苷三磷酸，尿苷单磷酸，三磷酸腺苷，腺苷一磷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸），对于20%的甲醇溶液中，乙酰辅酶A也明显减少。

80%甲醇-75℃/4℃?2

A：adenosine：腺嘌呤核苷 adenine：腺嘌呤 guanosine：鸟嘌呤核苷 cytidine：胞嘧啶核苷 D-Rib（ul）ose-5-p：5-磷酸-D核（酮）糖 DHAP：磷酸二羟丙酮 Uridine：尿嘧啶核苷 Xanthosine：黄嘌呤核苷 Thymidine：胸腺嘧啶核苷 dCDP：脱氧胞苷二磷酸D-Gluconate：D-葡萄糖酸盐 Glutamine：谷氨酰胺 Acetyl-CoA：乙酰辅酶A

FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸 Succinyl-CoA：琥珀酰辅酶A CTP：胞苷三磷酸 ITP：次黄苷三磷酸 5-MTHF：5-甲基四氢叶酸 p-Hydroxybenzoate：对羟基苯甲酸酯

Asparagine：天冬酰胺 Myo-lnositol：肌红蛋白-肌醇

B：Adenosine：腺嘌呤核苷 Adenine：腺嘌呤 Guanosine：鸟嘌呤核苷 Guanine：鸟嘌呤 Cytidine：胞嘧啶核苷 Deoxyguanosine 脱氧鸟苷 D-Rib（ul）ose-5-p：5-磷酸-D核（酮）糖 Deoxyadenosine脱氧腺苷 Cytosine：胞嘧啶 Uridine：尿嘧啶核苷 Xanthosine：黄嘌呤核苷 Thymidine：胸腺嘧啶核苷 NADH：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 Nicotinate：烟酸 AMP：腺苷一磷酸 dCMP：脱氧胞苷一磷酸 CMP：胞苷一磷酸

ADP：腺苷二磷酸 UMP：尿苷一磷酸 GMP：鸟苷一磷酸 UDP：尿苷二磷酸 CDP：胞苷二磷酸 ATP：三磷酸腺苷 IMP：肌苷酸 CTP：胞苷三磷酸 dCDP：脱氧胞苷二磷酸 FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸 ITP：次黄苷三磷酸

Succinyl-CoA：琥珀酰辅酶A Asparagine：天冬酰胺 p-Hydroxybenzoate：对羟基苯甲酸酯

C：IMP：肌苷酸 5-MTHF：5-甲基四氢叶酸 NADH：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 Orotate乳清酸 Adenosine：腺嘌呤核苷 Cytidine：胞嘧啶核苷 p-Hydroxybenzoate：对羟基苯甲酸酯 CTP：胞苷三磷酸 UTP：尿苷三磷酸

图1.提取溶剂的组成（甲醇水比例）对内源性代谢物产量的影响。每一个点代表一种单一的代谢产物，使用液相色谱-串联质谱法进行测定，代谢物在80%甲醇水溶液中提取结果的信号绘制在X轴上，该代谢物在指定的其他浓度溶剂中的提取结果的信号绘制在Y轴上。每个绘制的值代表重复测量的平均值。对提取溶剂成分不敏感的化合物落在连续的一条线上（连续的）。虚线表示代谢物信号变化10倍的界限。轴上显示的是在特定条件下没有检测到的代谢产物。对提取条件特别敏感的化合物被标记出来了。

提取温度对内源性代谢物产量的影响

.以上观察结果表明，高水分含量可能与不稳定化合物降解为低能量物质有关。然而，一个不同的解释认为，关键的可变因素不是高的水分含量而是第一步提取的相关提取温度。为研究这种可能性，在-75℃至4℃的不同温度条件下，采用80%的甲醇水溶液对样品进行提取。由图2可以看到，代谢产物产量在此温度变化范围内是相似的。因此，大肠杆菌代谢产物的产量对混合溶剂中甲醇水比例的敏感性要高于提取温度。

A：p-Hydroxybenzoate：对羟基苯甲酸酯

B：Adenosine：腺嘌呤核苷 Adenine：腺嘌呤 Cytidine：胞嘧啶核苷 Glycerate：甘油酸盐（酯） Deoxyuridine脱氧尿苷 ATP：三磷酸腺苷

图2 温度对内源性代谢物产量的影响。每个点代表使用80%甲醇水溶液在两种不同提取条件下提

取并测得的一种单一的代谢产物。X轴上的提取物是首先在-75℃下提取一次然后在4℃下提取两次得到的。Y轴上的提取物是表示在75℃（A）与4℃（B）条件下分别提取三次得到的。每个绘制的值表示对独立提取物重复测量的平均值。对不同提取温度不敏感的化合物都落在连续的一条线上（连续的）。虚线表示代谢物信号变化10倍的界限。轴上显示的是在特定条件下没有检测到的代谢产物。对提取条件特别敏感的化合物被标记出来了。

甲醇水比例对示踪的代谢产物复原的影响

为检测核苷和碱基的含量高而核苷酸的含量低是否是核苷酸在水分含量高的条件下分解的结果，我们将大肠杆菌都在由13C标记的葡萄糖中培养超过20代；之前，我们发现这样导致12C标记的代谢产物完全被13C标记的代谢产物替代。然后，我们使用已加入各种检测化合物的甲醇水溶液提取这些大肠杆菌，这些检测化合物包括一些特别感兴趣的不稳定化合物，即核苷酸，乙酰辅酶A，果糖-1,6-二磷酸和S-腺苷甲硫氨酸。标记的化合物与细胞代谢产物在相同的条件下进行相同的提取实验。对照实验结果显示，在实验和后续分析的持续过程中，纯化合物的混合物在实验所用的所有混合溶剂中都是稳定的。然而，如图3A所示，许多检测的化合物在与13C标记的大肠杆菌混合时，其含量显著减少（注：Y轴以log10为单位，数值每变化-1代表复合物减少10倍）。虽然，代谢物的损失形式复杂并且受混合物的影响，但是总体上有一个明显的趋势即大多数化合物的损失是在水分含量高的条件下发生的。核苷酸在50%甲醇水溶液中减少的尤其显著，与此一致的是，内源性核苷酸在此条件下提取得到的最少（图1）。图1中乙酰辅酶A在20%甲醇水溶液中减少的最多，同样，内源性代谢物在此条件下提取结果最少。鸟苷三磷酸在100%甲醇水溶液中减少的比在80%甲醇水溶液中多，这说明一部分水可能能够溶解某些特定化合物。标记化合物的复原是因为溶剂的组成不同（图3A）而不是由于提取温度的变化，提取温度在实验范围内所起的作用最小（图3B）。

CTP：胞苷三磷酸 GTP：鸟苷三磷酸 TTP：胸苷三磷酸 IMP：肌苷酸 UMP：尿嘧啶核苷酸 Xanthosine：黄嘌呤核苷 Alanine：丙氨酸 Glutamine：谷氨酰胺 Tryptophan：色氨酸 Valine：缬氨酸 5-MTHF：5-甲基四氢叶酸 Acetyl-CoA：乙酰辅酶A FBP：果糖-1,6-二磷酸 SAM：S-腺苷甲硫氨酸

图3 示踪代谢产物的复原。完全由13C标记的大肠杆菌被淬火并用加入了由12C标记的代谢产物的溶剂进行提取。提取结果中得到的12C标记代谢产物的信号与预先假设没有代谢物损失的信号进行比较，向下的条形表示代谢物的损失，而向上的条形表示代谢物的增加。A图表示甲醇水比例的影响。B图表示提取温度的影响。图是根据四次测量的平均值?标准偏差所得的数据进行绘制的。

其他代谢产物降解产生的代谢产物

图3显示，标记的核苷酸在水分含量高的条件下减少与内源性核苷酸在此条件下产量低都是由于核苷酸减少的这一假设是一致的。这一减少可能是由于吸收或分解。如果核苷酸选择性的在水分含量高的条件下分解，这就可以解释内源性核苷和碱基相关的产量高的原因了。为探究这种可能性，即12C标记的核苷和碱基的存在可能仅仅来自于加标物质的分解，我们对13C标记的大肠杆菌进行研究，向其中加入了示踪12C的核苷酸，包括胞苷三磷酸，鸟苷三磷酸，胸苷三磷酸，肌苷单磷酸，和尿苷一磷酸，（对照结果显示，提取大肠杆菌时未加入标记12C的化合物或在提取之前加入12C标准物，在13C标记的大肠杆菌中这些化合物水平不显著）。在提取时加入12C标记的核苷酸，C标记的大肠杆菌提取物中发现了大量标记有C的核苷和碱基；因此，核苷和碱基确实是通过核苷酸分解产生的（图4）。由核苷酸形成核苷和碱基，在所有的提取工艺条件下都能发生，但是到目前为止，在100%甲醇溶液中的产量比在其他含水混合溶剂中的低（图4A）。胞苷三磷酸和鸟苷三磷酸分解模式的详细检查结果表明，80%甲醇水溶液中产生大量的单磷酸盐，二磷酸盐和核苷，但是所有的分解模式下产生的碱基都相对较少；相反，20%尤其是50%的甲醇水溶液中产生的核苷和碱基主要是来自于起始原料中的核苷酸。尽管分解产物形成的差异表现出对提取温度的一定的敏感性，它们主要是由溶剂组成造成的。

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CDP：胞苷二磷酸 CMP：胞苷一磷酸 Cytidine：胞嘧啶核苷 Cytosine：胞嘧啶 GDP：鸟苷二磷酸 GMP：鸟苷一磷酸 Guanosine：鸟嘌呤核苷 Guanine：鸟嘌呤

Hypoxanthine：次黄嘌呤Inosine：肌苷（次黄嘌呤核苷）TDP：胸苷二磷酸 Uridine：尿嘧啶核苷 图4 核苷酸分解产物的形成。完全由13C标记的大肠杆菌被淬火并用加有12C标记的核苷酸的溶剂进行提取。然后对提取结果中这些核苷酸分解产物中存在12C的进行测量。A图表示甲醇水比例的影响。B图表示提取温度的影响。图是根据四次测量的平均值?标准偏差所得的数据进行绘制的。在记录的数据中，由核苷酸标准混合物中标记有12C的核苷酸分解产物产生的背景信号已经被去除了。

讨论

对细胞内大量代谢物进行对比量化能大幅促进对细胞代谢过程的基本认识并有助于应用领域，包括生物工程和分子医药。在这些领域中，定量的代谢数据的重要性将取决于其能够准确地反映真实的细胞成分。这就要求能够直接测量活细胞内的代谢物（对特定化合物来说是一个有希望的方法，但是对大分子化合物来说可能具有挑战性）或者能够淬灭新陈代谢并提取代谢物但不会过度干扰代谢组。

在这里，我们专注于提取代谢产物的难题，利用大肠杆菌作为模型系统，并仅在一个狭窄的范围内考虑涉及冷甲醇水溶液的提取方法，因为以往的研究指出使用大肠杆菌和酵母用纯冷甲醇或冷甲醇水溶液进行提取取得了良好的效果。液相色谱-串联质谱法分析得出一个相对宽的提取物中水溶性代谢产物的含量范围。将甲醇水的比例固定在80：20，在不同的“冷”提取温度（-70至4℃）下产生的数据相似（图2）。相反，在不同比例甲醇水溶液中代谢产物提取物的产量显著不同，突出了提取物含量对提取溶剂组成的灵敏性（图1）。

使用液相色谱-串联质谱法分析提取物的优势就是它能够迅速确定对提取溶剂组成敏感的特定化合物。最令人吃惊的是，对使用水分含量≥50%的溶剂与含水量≤20%的溶剂提取的结果进行比较，得到的提取物中核苷酸三磷酸盐（和其他高能量化合物）在前者中含量很少，而核苷和碱基的含量很高（图1）。这一观察结果提出了一种可能性，即使用水分含量≥50%的溶剂进行提取，由于没有完全淬火酶活性导致高能化合物的分解，而且看到核苷和碱基的含量高是由于这些化合物通过核苷酸分解产生了核苷和碱基。

检测这种可能性的一个直接方法就是将核苷酸（和其他高能化合物）加入到用于启动淬火和提取的溶剂中，并同时测定加标化合物的减少以及由它们产生的副产物。使用质谱作为检测技术使我们能够通过同位素标记示踪加标化合物。为避免购买或合成一系列同位素标记的化合物，我们使用U-13C标记的葡萄糖代替来生产完全同位素

标记的大肠杆菌，在其中我们加入了未标记（本来含有12C）的化合物。

结果数据清楚地显示出高能量化合物在所有的提取溶剂，尤其是在水分含量高的条件下大量减少（图3）。这也直接证实核苷酸被转换成了核苷和碱基。（图4）。最重要的是，虽然对于标记化合物的减少有很多可能的解释（例如，螯合，吸收和分解），只有分解合理的解释了标记化合物的副产物的相继生成（例如，核苷三磷酸形成核苷）。令人印象深刻的是，一些特别的标记化合物在精确地提取工艺条件下的减少量最大（例如，乙酰辅酶A在80%水分含量下减少的最多，胞苷三磷酸在50%水分含量下减少的最多），一般与其相一致的是细胞中这些化合物的内源性形式在精确条件下的产量最低。

目前的数据清楚地表明，80%甲醇水溶液相对于50%和20%甲醇水溶液是较好的提取溶剂，因为其作为提取溶剂时得到的高能化合物的产量高而分解产物产量低。80%和100%甲醇水溶液之间的区别不是很清楚，因为用80%甲醇水溶液提取得到了大量的核苷酸，尤其是三磷酸（图1C），三磷酸可能在纯甲醇中溶解性不好（例如见图3A中的鸟苷三磷酸）反而生成了更多的分解产物（图4A）。有趣的是，温度从-70℃至4℃的变化范围内，80%甲醇水溶液的提取结果变化不大，这表明样品在湿冷条件下处理可能完全避免了大量代谢物的分解。

对于我们的研究结果，为避免误解有两个关键点需要说明。一是只对甲醇水溶液的混合物进行了研究。因此，其他溶剂成分，变化的PH，或是不同含量的防腐剂条件下可能产生大量较优的提取物，因为较强的有机溶剂可能有利于更加完全地破坏膜结构。另一个需要说明的是，有关对提取有益的数据的收集，是在没有采用复杂的细胞处理程序或者代谢产物可能因为细胞渗透而大量减少的情况下进行的，我们在这里通过离心沉淀获得细胞，这种方法比较缓慢且是不利的。更复杂的细胞处理方法最终将被用于解决生物学问题。

总之，当前的文章仅仅集中于提高对代谢组学提取步骤的理解。在提取领域内，有三个贡献。首先，我们得出在相似的提取方法条件下，受到一般冷甲醇的影响，由于使用的甲醇水溶液中水分组成分数不同获得的代谢提取物的差异相当大。其次，我们清晰地将代谢组差异与高能化合物分解产生低能产物联系起来，这个过程偏向于在水分含量高的条件下进行。最后，我们提出了一个普遍的方法，涉及添加同位素进行示踪，以鉴定代谢产物提取物中的分解产物。我们相信，这种向不同的提取条件和细胞体系中添加同位素示踪的方法将在理解细胞代谢物的最佳提取方法方面进一步应用而得到全面发展。

致谢

我们感谢卢文云和Sunil Bajad，他们对这里所提到的液相色谱-串联质谱分析法做出了贡献，并且陈浩倩协助完成了预实验。我们也感谢在系统生物学方面卓越的美国国家卫生研究中心，贝克曼基金会和美国国家卫生基金会动态数据处理应用系统对这项研究的资金支持。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ukwo.html