《生物分析化學(xué)課件》

1、整理課件第四章 生物分析化學(xué)4.1 慨述4.1.1 任務(wù)與作用 以分析化學(xué)理論、技術(shù)和方法為基礎(chǔ) 以生物化學(xué)和分子生物學(xué)理論技術(shù)為補(bǔ)充 以數(shù)學(xué)、物理學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段 第1頁測量并獲取生物測量并獲取生物/ /化學(xué)信息的前沿性交叉學(xué)科?；瘜W(xué)信息的前沿性交叉學(xué)科。整理課件三個(gè)主要任務(wù)：作為化學(xué)生物學(xué)的核心內(nèi)容之一，它通過各種各樣的作為化學(xué)生物學(xué)的核心內(nèi)容之一，它通過各種各樣的方法和手段得到分析數(shù)據(jù)，獲取各種物質(zhì)的組成、結(jié)方法和手段得到分析數(shù)據(jù)，獲取各種物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和功能等方面的信息，從而為化學(xué)生物學(xué)的深入研構(gòu)和功能等方面的信息，從而為化學(xué)生物學(xué)的深入研究創(chuàng)造條件。究創(chuàng)造條件。第2頁1、提供生

2、物活性物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面的信息；2、發(fā)展獲取上述信息的方法以及復(fù)雜生物物質(zhì)的分離和純化技術(shù)；3、創(chuàng)制用于研究生命活性物質(zhì)間相互作用的技術(shù)手段。整理課件生物分析化學(xué)的獨(dú)特內(nèi)涵第3頁1、研究對象是生命活性物質(zhì)，既包括核酸、蛋白質(zhì)等大分子， 又含有種類繁多的活性小分子和調(diào)控分子；2、研究手段獨(dú)特，生命體內(nèi)的活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)性質(zhì)相似、 生物活性各異，并且在生理?xiàng)l件下相互關(guān)聯(lián)，對它們的分析測試 要求是非破壞性的原位、活體分析；整理課件第4頁3、細(xì)胞是生物體的基本單元，生命活性物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)存在并隨時(shí) 空和外界刺激而運(yùn)動和變化，因此生物分析化學(xué)研究微環(huán)境和 時(shí)空中的多維信息，更重要的是

3、通過生物體內(nèi)物質(zhì)的相對簡單 化學(xué)成分，但組合與排序構(gòu)筑了復(fù)雜多變的特殊形態(tài)和多級 結(jié)構(gòu)，它在服從化學(xué)基本作用規(guī)律的基礎(chǔ)上更多地體現(xiàn) 生物方面的規(guī)律；4、生命過程研究需要同時(shí)獲取大量各類分子相互作用的生化信息， 因此，高速、高通量分析方法顯得尤為重要。整理課件4.1.2 分類 物質(zhì)種類繁多，研究內(nèi)容極其豐富； 可按分析方法和功能分類；分析方法：化學(xué)分析、儀器分析；功能分類：分離分析、結(jié)構(gòu)分析和定量分析第5頁整理課件v分離分析是指將復(fù)雜的生物體內(nèi)物質(zhì)分離成v單一組分或組組分的一類方法，它主要包括電v泳（毛細(xì)管電泳、二維凝膠電泳和微控芯片電v泳等）、色譜技術(shù)等。v 特點(diǎn)是綜合多種技術(shù)手段將分離與分析

4、有機(jī)v地結(jié)合在一起，提高工作效率。第6頁整理課件2. 結(jié)構(gòu)分析： 生物物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)決定其特有的性質(zhì)和功能。 研究生物物質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的方法很多，總體上分為兩大類：一類是測定溶液狀態(tài)下的分子構(gòu)象，如核磁共振、圓二色譜、激光拉曼光譜、熒光光譜、紫外光譜等波譜分析法；另一類是測定分子的晶體結(jié)構(gòu)，如x-射線衍射分析法和小角中子衍射法。第7頁整理課件 3. 定量分析：生物分析化學(xué)研究的基本任務(wù)是確定生物物質(zhì)的含量。 其特點(diǎn)：物質(zhì)含量極低物質(zhì)含量極低富集、分離富集、分離測定方法測定方法靈敏度高、準(zhǔn)確、靈敏度高、準(zhǔn)確、快速、簡便、快速、簡便、專一性專一性第8頁整理課件4.4 生物活性小分子分析 生物活

5、性小分子是具有維持機(jī)體正常功能、調(diào)節(jié)生命活動過程的化學(xué)物質(zhì)的總稱；內(nèi)源性外源性細(xì)胞分泌信號物質(zhì)細(xì)胞分泌信號物質(zhì)傳遞細(xì)胞傳遞細(xì)胞內(nèi)內(nèi)/ /間的信息間的信息調(diào)節(jié)自身及其他調(diào)節(jié)自身及其他細(xì)胞的代謝和功能細(xì)胞的代謝和功能調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維持生理功能和維持生理功能第9頁整理課件類別類別物質(zhì)物質(zhì)基本功能基本功能生長因子類介質(zhì)生長因子類介質(zhì) 胰島素、表皮、血小胰島素、表皮、血小板類生長因子板類生長因子傳遞細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息局部化學(xué)介質(zhì)局部化學(xué)介質(zhì)NO、CO傳遞細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、多巴胺乙酰膽堿、多巴胺傳遞細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息激素激素蛋白質(zhì)、肽、類固醇蛋白質(zhì)、

6、肽、類固醇 傳遞細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息第二信使第二信使CaCa2+2+、cAMPcAMP、cGMPcGMP傳遞細(xì)胞內(nèi)調(diào)控信號傳遞細(xì)胞內(nèi)調(diào)控信號維生素維生素維生素、生物素、葉維生素、生物素、葉酸、泛酸酸、泛酸調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維持生理功能持生理功能微量元素微量元素鐵、碘、銅鐵、碘、銅調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維持生理功能持生理功能部分生物活性小分子及功能部分生物活性小分子及功能第10頁整理課件4.4.1 一氧化氮分析 一氧化氮是機(jī)體內(nèi)一種作用獨(dú)特的信號分子，在不同的器官、不同生理或病理狀態(tài)下均存在著利與弊的雙重影響。 目前，檢測NO的方法有光化學(xué)（紫外可見分光光度法、熒光法、化

7、學(xué)發(fā)光）、電化學(xué)法、電子自旋共振法和生物檢測法。第11頁整理課件整理課件近來發(fā)現(xiàn)一氧化氮（近來發(fā)現(xiàn)一氧化氮（nitric oxidenitric oxide，NONO）廣泛分布于生物體內(nèi)各組織中，）廣泛分布于生物體內(nèi)各組織中，特別是神經(jīng)組織中。它是一種新型生物信使分子，特別是神經(jīng)組織中。它是一種新型生物信使分子，19921992年被美國年被美國ScienceScience雜志評選為明星分子。雜志評選為明星分子。NONO是一種極不穩(wěn)定的生物自由基，分子小，結(jié)構(gòu)是一種極不穩(wěn)定的生物自由基，分子小，結(jié)構(gòu)簡單，常溫下為氣體，微溶于水，具有脂溶性，可快速透過生物膜擴(kuò)散，簡單，常溫下為氣體，微溶于水，具有

8、脂溶性，可快速透過生物膜擴(kuò)散，生物半衰期只有生物半衰期只有3 35s5s，其生成依賴于一氧化氮合成酶（，其生成依賴于一氧化氮合成酶（nitric oxide nitric oxide synthase , NOS synthase , NOS ）并在心、腦血管調(diào)節(jié)、神經(jīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面有著）并在心、腦血管調(diào)節(jié)、神經(jīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面有著十分重要的生物學(xué)作用。十分重要的生物學(xué)作用。整理課件（1）在心血管系統(tǒng)中 NO在維持血管張力的恒定和調(diào)節(jié)血壓的穩(wěn)定性中起著重要作用。 在生理狀態(tài)下，當(dāng)血管受到血流沖擊、灌注壓突然升高時(shí)，NO作為平衡使者維持其器官血流量相對穩(wěn)定，使血管具有自身調(diào)節(jié)作用。能夠降低全身

9、平均動脈血壓，控制全身各種血管床的靜息張力，增加局部血流，是血壓的主要調(diào)節(jié)因子。NO在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮作用的可能機(jī)制是通過提高細(xì)胞中鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase , GC）的活性，促進(jìn)磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生環(huán)一磷酸鳥苷（guanosine 3, 5cyclic monophosphate cGMP），使細(xì)胞內(nèi)cGMP水平增高，繼而激活依賴cGMP的蛋白激酶對心肌肌鈣蛋白的磷酸化作用加強(qiáng)，肌鈣蛋白c對Ca2+的親合性下降，肌細(xì)胞膜上K+通道活性也下降，從而導(dǎo)致血管舒張。NONO的生物學(xué)作用的生物學(xué)作用整理課件（2）在免疫系統(tǒng)中 研究結(jié)果表明，NO可以產(chǎn)生于人體內(nèi)多種細(xì)胞。如當(dāng)體內(nèi)內(nèi)

10、毒素或T細(xì)胞激活巨噬細(xì)胞和多形核白細(xì)胞時(shí)，能產(chǎn)生大量的誘導(dǎo)型NOS和超氧化物陰離子自由基，從而合成大量的NO和H2O2，這在殺傷入侵的細(xì)菌、真菌等微生物和腫瘤細(xì)胞、有機(jī)異物及在炎癥損傷方面起著十分重要的作用。目前認(rèn)為，經(jīng)激活的巨噬細(xì)胞釋放的NO可以通過抑制靶細(xì)胞線粒體中三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細(xì)胞DNA合成等途徑，發(fā)揮殺傷靶細(xì)胞的效應(yīng)。免疫反應(yīng)所產(chǎn)生的NO對鄰近組織和能夠產(chǎn)生NOS 的細(xì)胞也有毒性作用。某些與免疫系統(tǒng)有關(guān)的局部或系統(tǒng)組織損傷，血管和淋巴管的異常擴(kuò)張及通透性等，可能都與NO在局部的含量有著密切的關(guān)系。整理課件連續(xù)刺激小腦的上行纖維和平行纖維可引起平行纖維細(xì)胞的神經(jīng)傳導(dǎo)產(chǎn)生長時(shí)程抑制

11、(Long-term depression , LTD)，被認(rèn)為是小腦運(yùn)動學(xué)習(xí)體系中的一種機(jī)制，NO參與了該機(jī)制。（3）在神經(jīng)系統(tǒng)中 有關(guān)L-Arg NO途徑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)方面的研究認(rèn)為，NO通過擴(kuò)散，作用于相鄰的周圍神經(jīng)元如突出前神經(jīng)末梢和星狀膠質(zhì)細(xì)胞，再激活GC從而提高水平cGMP水平而產(chǎn)生生理效應(yīng)。如NO可誘導(dǎo)與學(xué)習(xí)、記憶有關(guān)的長時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)（Long-term potentiation , LTP），并在其LTP中起逆信使作用。 在外周神經(jīng)系統(tǒng)也存在L-Arg NO途徑。NO被認(rèn)為是非膽堿能、非腎上腺素能神經(jīng)的遞質(zhì)或介質(zhì)，參與痛覺傳入與感覺傳遞過程。整理課件現(xiàn)已證明在人體內(nèi)廣

12、泛存在著以NO為遞質(zhì)的神經(jīng)系統(tǒng)，它與腎上腺素能、膽堿能神經(jīng)和肽類神經(jīng)一樣重要。若其功能異常就可能引起一系列疾病。另據(jù)報(bào)道，NO在胃腸神經(jīng)介導(dǎo)胃腸平滑肌松弛中起著重要的中介作用，在胃腸間神經(jīng)叢中，NOS和血管活性腸肽共存并能引起非腎上腺素能非膽堿能（nonadrenergic-non-cholinerrgic , NANC）舒張，但血管活性腸肽的抗體只能部分消除NANC的舒張，其余的舒張反應(yīng)則能被N-甲基精氨酸消除。NO作為NANC神經(jīng)元遞質(zhì)，在泌尿生殖系統(tǒng)中起著重要作用。成為排尿節(jié)制等生理功能的調(diào)節(jié)物質(zhì)，這為藥物治療泌尿生殖系統(tǒng)疾病提供了理論依據(jù)。整理課件4.4.2 兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)分析 兒

13、茶酚胺類（catecholamines,CAs）是絡(luò)氨酸衍生物的總稱，包括多巴、多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素和5-羥色胺等物質(zhì)。CAs類物質(zhì)是人體一類重要的神經(jīng)遞質(zhì)和激素，對心血管、神經(jīng)等組織系統(tǒng)的生理活動起著調(diào)控作用，與一些功能性疾病以及器質(zhì)性的病變有密切關(guān)系。 研究這類物質(zhì)的分析方法，對于了解他們在生命體內(nèi)的調(diào)控機(jī)制以及相關(guān)的藥理學(xué)研究和疾病診斷均具有十分重要的意義。 第12頁整理課件4.4.3 興奮劑檢測（doping control） 興奮劑是IOC 和其他國際體育組織所確定的禁用藥物（濫用藥物，doping），運(yùn)動員以非正常量服用這些藥物后可以在某種程度上提高他們的競賽能力。從本質(zhì)

14、上講，興奮劑是一類對人體生理機(jī)能有重要影響的刺激性藥物，是一類特殊的生物活性小分子。第13頁整理課件第14頁整理課件欺騙公眾，欺騙法律，欺騙家人，欺騙自己，騙了七年，馬里恩瓊斯終于累了！看著她淚流滿面的照片，讀到她交回獎牌，還會鋃鐺入獄的消息，不知為何，并不因此而十分憎恨、厭惡她，反倒涌動著些許同情。5 5枚奧運(yùn)獎牌得主、美國枚奧運(yùn)獎牌得主、美國“女飛人女飛人”瓊斯瓊斯 欺騙之后是良心的折磨，悔恨的淚水只是對欺騙之后是良心的折磨，悔恨的淚水只是對犯罪的懺悔，卻不能洗刷掉對奧運(yùn)精神的玷犯罪的懺悔，卻不能洗刷掉對奧運(yùn)精神的玷污，監(jiān)獄將成為瓊斯完成自我救贖的驛站。污，監(jiān)獄將成為瓊斯完成自我救贖的驛站

15、。整理課件據(jù)日本共同社報(bào)道，國際柔道聯(lián)盟據(jù)日本共同社報(bào)道，國際柔道聯(lián)盟(IJF)7日在突尼斯舉行理事會，日在突尼斯舉行理事會，正式?jīng)Q定對在正式?jīng)Q定對在2009年年8月荷蘭世錦賽上藥檢結(jié)果呈陽性的北京奧運(yùn)月荷蘭世錦賽上藥檢結(jié)果呈陽性的北京奧運(yùn)會柔道女子會柔道女子78公斤以上級冠軍佟文處以公斤以上級冠軍佟文處以2年禁賽處罰，禁賽期至年禁賽處罰，禁賽期至2011年年9月結(jié)束。佟文蟬聯(lián)三屆世錦賽冠軍時(shí)所獲金牌將被取消，月結(jié)束。佟文蟬聯(lián)三屆世錦賽冠軍時(shí)所獲金牌將被取消，但亞軍及以下名次不會順位上升。但亞軍及以下名次不會順位上升。 佟文的恩師、教練吳衛(wèi)鳳。佟文的恩師、教練吳衛(wèi)鳳?！八ㄙ∥模?yīng)該是無意中吃

16、了她（佟文）應(yīng)該是無意中吃了含有大量瘦肉精的排骨才造成這樣的后果。含有大量瘦肉精的排骨才造成這樣的后果?！?整理課件許多化學(xué)物質(zhì)被稱為瘦肉精，主要有萊克多巴胺、鹽酸克侖特羅(腎上腺類神經(jīng)興奮 )、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、硫酸特布他林、西巴特羅、鹽酸多巴胺等7種。其中培林（雷托巴胺，萊克多巴胺 ，Ractopamine）毒性極低、代謝快速（無累積性），因此被美國等國家允許添加入豬飼料，日本也允許使用培林（Ractopamine）的豬肉進(jìn)口。目前全世界有美國等24國開放使用培林，有160多國仍禁用。 瘦肉精整理課件 ?To be or not to be， 整理課件 v作用于神經(jīng)系統(tǒng)以增強(qiáng)體力的刺

17、激劑，如苯丙胺、麻黃堿、咖啡因、可卡因等42種；v能產(chǎn)生快感和心理亢奮而降低痛感的麻醉劑，該類藥物多有成癮性，如哌替啶、嗎啡等19種；v具有鎮(zhèn)靜作用而抑制支氣管及血管平滑肌舒張的-阻斷劑，如比索洛爾、梭達(dá)羅等9種；1. 用以增加腎臟對尿的排泄速率使禁用藥物在尿液中不易檢出的利尿劑，如依他尼酸、芐氟噻嗪米等15種；第17頁IOC規(guī)定的興奮劑可分為下述七類：整理課件5. 用以遮蔽檢測重要性生理指標(biāo)的掩蔽劑，如表睪酮等4種；6. 用以增長肌肉和逆轉(zhuǎn)蛋白損失的合成類固醇，常見的有氯睪酮、達(dá)那唑、大力補(bǔ)、美雄酮等16種雄性激素衍生物；7. 增強(qiáng)體內(nèi)紅細(xì)胞數(shù)目并提高血液載氧能力的肽類激素（內(nèi)源性），包括紅

18、細(xì)胞生成素（EPO）、絨毛膜促性腺激素（HCG）、生長激素、促腎上腺皮質(zhì)激素等4種。第18頁整理課件 第19頁1、興奮劑檢測的基本要求與分析步驟（1）違禁藥物）違禁藥物在體內(nèi)含量低；在體內(nèi)含量低；（2）違禁藥物）違禁藥物在體內(nèi)代謝復(fù)雜，且有個(gè)體差異；在體內(nèi)代謝復(fù)雜，且有個(gè)體差異；（3）違禁藥物）違禁藥物在體內(nèi)本身有，需檢測內(nèi)源性與外源性；在體內(nèi)本身有，需檢測內(nèi)源性與外源性；（4）違禁藥物）違禁藥物不斷出現(xiàn)。不斷出現(xiàn)。 興奮劑檢測任務(wù)困難、艱巨，原因：整理課件第20頁興奮劑檢測的總體要求 樣品的預(yù)處理及分離、富集技術(shù)應(yīng)簡潔，盡可能保留待檢出的所有成分； 分析方法在保證單一成分檢測準(zhǔn)確的同時(shí)，應(yīng)盡

19、量擴(kuò)展檢測范圍并使之能同時(shí)檢出多種成分； 檢測方法對檢測物的靈敏度要高； 儀器檢測方面宜發(fā)展高效分離和檢測低限的檢測技術(shù)。整理課件 第21頁樣品的類型主要有三種：即尿樣、血樣和發(fā)樣尿樣是興奮劑檢測中最常用的手段，其主要原因?yàn)槿尤菀?、預(yù)處理簡單、尿中藥物及其代謝產(chǎn)物濃度高于血中，樣品易于保存；血檢的優(yōu)點(diǎn)在于可以檢測出尿樣無法檢出的促紅細(xì)胞生長因子（EPO）等物質(zhì)；發(fā)檢可提供濫用者服用禁藥數(shù)月之后的證據(jù)。整理課件Doping control 取樣取樣賽后賽后1h，名次、隨機(jī)，名次、隨機(jī)A、B樣樣預(yù)處理預(yù)處理A樣多份，酸、樣多份，酸、堿、酶化堿、酶化組篩選組篩選陰、陽陰、陽確證和復(fù)審確證和復(fù)審陽性

20、、重檢陽性、重檢第22頁整理課件2、興奮劑檢測的一般技術(shù) 興奮劑樣品時(shí)一個(gè)復(fù)雜體系，它不僅存在正常食物引入的化學(xué)/生物物質(zhì)和嫌疑外源性違禁物，同時(shí)也含有人體正常生理過程的分泌/代謝產(chǎn)物-內(nèi)源性物質(zhì)。因此，興奮劑樣品分離效率、監(jiān)測方法的靈敏度是影響檢測結(jié)果可靠性的關(guān)鍵因素。 第23頁整理課件 分離方法 主要依靠色譜法： GC、TLC、HPLC和MEKC。 檢測器 興奮劑的濃度很低，檢測器的靈敏度是重要依據(jù)。色譜法中先后采用氫焰離子化檢測器（FID）、氮磷檢測器（NPD）和質(zhì)譜檢測技術(shù)。 第24頁整理課件 GC-MS一直是IOC進(jìn)行興奮劑檢測的最有力工具之一。目前普遍采用質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用（MS/MS）、高分辨質(zhì)譜（HRMS）和多離子檢測等技術(shù)。這些方法成功檢測2ng/ml的康力龍、克倫特羅、5-4-羥基甲睪等興奮劑。第25頁整理課件3、內(nèi)源性激素的檢測與策略