同位素标记通量测定

检测项目

中心碳代谢通量分析：量化糖酵解、磷酸戊糖途径和三羧酸循环等核心代谢途径中代谢物的净转化速率。

氨基酸合成与周转通量：测定细胞内氨基酸从头合成、转化及降解的动态速率。

脂质代谢通量：追踪脂肪酸的合成、β-氧化以及复杂脂质（如磷脂）的组装与分解速率。

核苷酸代谢通量：评估嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成与补救合成途径的活性。

光合作用与光呼吸通量：在植物和藻类中，测定卡尔文循环、光呼吸途径的碳固定与转化效率。

微生物底物利用通量：分析微生物对特定碳源（如葡萄糖、乙酸）的摄取、同化及产能代谢速率。

药物代谢动力学通量：追踪标记药物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄过程速率。

蛋白质合成与降解通量：通过标记氨基酸（如亮氨酸）测定整体或特定蛋白质的合成与降解速率。

细胞信号转导通量：量化特定信号分子（如第二信使）的生成与清除速率。

跨膜转运通量：测定离子或特定代谢物跨细胞膜或细胞器膜的输入与输出速率。

检测范围

哺乳动物细胞培养体系：应用于癌症代谢、干细胞代谢及药物筛选等生物医学研究领域。

微生物发酵工程：用于优化工业菌株，提高目标产物（如抗生素、有机酸）的产率。

植物生理与代谢工程：研究作物抗逆性、产量形成及次生代谢产物合成调控。

临床与营养学研究：在人体或动物模型中，研究疾病（如糖尿病、肥胖）状态下的全身或组织特异性代谢改变。

环境微生物生态：追踪环境中微生物群落对污染物的降解途径与速率，揭示元素生物地球化学循环。

合成生物学体系：用于表征和优化人工设计的代谢途径的功能与效率。

亚细胞器代谢研究：专注于线粒体、叶绿体或过氧化物酶体等细胞器内部的代谢网络。

生物反应器过程监控：在线或离线监测发酵过程中细胞的代谢状态，实现过程优化与控制。

古菌与极端微生物代谢：探索特殊环境中微生物独特的能量代谢与物质转化途径。

系统生物学建模验证：为基因组规模的代谢网络模型提供关键的实验数据，用于验证和精炼模型预测。

检测方法

稳定同位素标记追踪：使用非放射性同位素（如13C, 15N, 2H）标记底物，通过质谱检测标记模式。

放射性同位素示踪法：使用放射性同位素（如14C, 3H）标记，通过液闪计数或放射自显影检测其去向。

非稳态通量分析：在标记底物加入后约定时间内密集取样，捕捉代谢物标记丰度的动态变化以计算通量。

稳态通量分析：待细胞内代谢物同位素标记分布达到稳定后取样，通过标记富集度计算净通量。

同位素异构体分布分析：利用质谱解析代谢物中不同质量同位素体的分布，推断其前体标记模式。

同位素标量关联分析：分析成对原子在代谢物中的标记关联性，用于区分平行代谢途径。

动态通量平衡分析：结合代谢网络模型与时间序列的标记数据，计算动态环境下的通量变化。

位置特异性同位素分析：确定标记原子在代谢物分子中的精确位置，提供更精细的通路信息。

脉冲追踪标记实验：先给予短时“脉冲”标记，再切换为未标记底物“追踪”，研究代谢物周转。

多同位素联合标记策略：同时使用13C和15N等不同元素的标记底物，全面解析碳氮协同代谢网络。

检测仪器设备

气相色谱-质谱联用仪：适用于挥发性代谢物或经衍生化后代谢物的同位素丰度与分布检测。

液相色谱-质谱联用仪：主流的通量分析平台，尤其适用于非挥发性和热不稳定代谢物的高灵敏度、高分辨率分析。

高分辨率质谱仪：如轨道阱或FT-ICR质谱，能精确区分质量数相近的同位素峰，提高数据准确性。

核磁共振波谱仪：特别是13C-NMR，可直接无损地测定标记原子在分子中的位置和相对丰度。

液相闪烁计数器：用于定量检测含有放射性同位素（如14C, 3H）样品中的放射活性。

离子色谱仪：常与质谱联用，用于高效分离糖类、有机酸等极性代谢物。

生物反应器与培养系统

自动化样品前处理平台

高性能计算集群

通量分析专用软件

检测流程