测氨基酸为什么要衍生化
#科学燃计划##科学前沿#【AlphaFold精准预测蛋白结构】
蛋白质三维结构预测是生物学最严峻的挑战之一。继围棋、国际象棋等竞技项目之后，近日谷歌旗下DeepMind开发的人工智能程序AlphaFold在两年一次的蛋白质结构预测挑战赛CASP中再次大幅胜出。该程序在根据蛋白质氨基酸序列确定蛋白质三维结构方面取得巨大飞跃，准确性可与冷冻电子显微术（又称冷冻电镜）（Cryo-EM）和X-射线晶体学等实验技术相媲美。
第一代AlphaFold依托蛋白质数据库PDB作为训练数据集，构建神经网络，采用深度学习预测氨基酸残基间的方向和距离，混合传统算法Rosetta对蛋白质结构进行同源建模、结构优化；与此不同的是，第二代AlphaFold则将折叠蛋白质视为“空间图”，基于神经网络系统进行“端到端”的训练，使用了进化相关的氨基酸序列，多序列比对以及对氨基酸对的评估来优化结构预测。研究人员使用蛋白质数据库中接近17万个不同的蛋白质结构，通过不断地迭代，AlphaFold系统学习到了基于氨基酸序列精确预测蛋白结构的能力。这一基于原子坐标近乎“暴力”的算法是全新的途径，是全新算法与强大算力的强强联合。
正如马里兰大学帕克分校计算生物学家，CASP共同创始人John Moult所言，从某种程度上而言，结构预测问题得到了解决。根据氨基酸序列准确预测蛋白质结构的能力将对生命科学和医学带来巨大的好处。这将极大地加快对细胞组成模块的理解，对于更快更先进的药物发现显然有很大帮助。Nature使用“它将会改变一切”来报道这一关键成果，研究人员之间也衍生出了“结构生物学家要失业了”的调侃。
然而，事实上，结构生物学研究或许反而会更上一层楼。AlphaFold部分结构预测的精度确实可与实验测定方法相媲美，这其中也不乏复杂超长的结构。但生物体环境是复杂的，体内蛋白质折叠结构受到更加复杂因素的影响，其使用的数据集也多来自于过去的静态结构测定方法；并且AlphaFold目前预测复杂蛋白复合物结构的能力还十分有限，在体内，最低能量状态则并非唯一的决定因素；而实验测定方法的确会受到蛋白质生物物理特性的局限导致无法获得蛋白复合物的完整结构，比如难以结晶的膜蛋白，但“眼见为实”为功能机制理解、药物开发、蛋白设计提供了扎实的实验证据，是不可缺失的一环。因此，AlphaFold的结构预测手段和实验测定手段可以相辅相成，成为实验科学家更有力的手段，共赢大于竞争。正如《返朴》总编、结构生物学家颜宁及其他大咖对此的深刻评议与发言：结构生物学的主语是生物学，是理解生命、是为了回答问题，做出生物学发现。
AlphaFold的表现证明了AI在辅助基础科学发现方面惊人的潜力。但“改变一切”过于乐观，也言之尚早，AlphaFold目前还不能预测复杂的分子机器，蛋白-蛋白相互作用非常复杂，存在极多的可能性。实验手段所揭示出来的蛋白-蛋白相互作用方式也还只是冰山一角，更何况在不同生理条件和过程中的结构变化。AlphaFold确实可以加快可成药靶点配体的发现速度，但对于新药发现而言，基于结构寻找合适配体只是第一步，先导化合物的选择性、过膜性、稳定性等成药性质的优化仍然需要大量的工作。
正如DeepMind团队在公司发布的博文中表示，他们相信，AI将成为人类拓展科学知识前沿最有力的工具之一！我们也相信，并且十分期待AlphaFold更加完美的表现！
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参考链接：
1. 网页链接
2.网页链接
3.网页链接
4.药明康德《解决生物学50年来的重大挑战！生物界“AlphaGo”精准预测蛋白质结构》
5.返朴《颜宁等点评：AI精准预测蛋白质结构，结构生物学何去何从？》
代谢组学实验方法
1. 代谢组学主要检测平台有哪些，如何选择？
主流的代谢组学检测平台有以下三类：
GC-MS(Gas Chromatography and Mass Spectrometry,气相色谱质谱联用)、LC-MS（Liquid Chromatography Coupled Mass Spectroscopy，液相色谱质谱联用）和NMR（Nuclear Magnetic Resonance，核磁共振）（下文均使用英文缩写）。
所有的样品类型都可以用这三类平台检测，但近些年，由于GC-MS和LC-MS的灵敏度高、特异性强和检测的范围广的特点，越来越多使用这两类平台。
2. 不同的的代谢组学平台各自优缺点是什么？
概括如下图：
3. 为什么使用GC-MS检测样品，却很少检测到挥发性的物质？
GC-MS只是一种仪器平台，针对该平台，还根据不同的检测要求需要使用不同的检测方法，，整套方法包括样本的制备和其中的物质提取方式、色谱气化室的温度、色谱柱的型号和规格、色谱运行条件、质谱端的检测条件和模式等，因为挥发性物质的沸点较低，需要使用针对性的方法来测，常规的GC-MS非靶向方法不适合该类物质。
如果关注挥发性的物质，需要选择“顶空进样或者固相微萃取（对于含量低的物质有富集作用）再利用GC-MS检测。
4. 为什么有的物质正离子模式下存在，负离子模式下不存在？
首先，质谱端检测器是的本质是场（电场或磁场），待测物质需要带电才会被有效检测。其次，这也和分析物的性质是有关系的，有的物质容易带正电荷，有的物质容易带负电荷。比如说碱性化合物易带正电荷，加合质子或其他正电荷离子；酸性化合物易带负电荷，失去质子或加合其他负电荷离子。
5. 色谱质谱串联的优势是什么？
相较于传统检测器，使用灵敏度更高、分辨率更高、定性能力更强的质谱仪代替了光学检测器。将色谱的分离能力和质谱的分辨、定性能力强强联合，可以同时对更多、含量更低的物质进行准确检测，复杂组分中多物质检测的单位时间也大大缩短。
6. GC-MS能检测到哪些类别的代谢物？
GC-MS能检测到有机酸、氨基酸、单糖、糖醇、胺类、脂肪酸、吲哚、单甘油酯、核苷、二糖、生育酚、甾醇等代谢物。
7. GC-MS分析生物样本为何要衍生化处理？有哪些衍生化的方法？
GC的流动相（载气）为气体（通常为高纯氦或者氢），这就要求被分析物必须能够气化，而生物样本中很多内源性代谢物都含有极性基团，具有沸点高、不易气化特点或者高温下容易降解。衍生化能够降低这些代谢物的沸点，增加它们的热稳定性，以便分析能够顺利进行。
衍生化方法及试剂种类繁多，根据不同的分析目标，需选择合适的衍生化方法。如分析脂肪酸，可采用甲酯化衍生。在GC-MS代谢平台上，最常用的衍生化方法是硅烷化衍生，因为它的广谱高效。在进行硅烷化衍生之前，还需添加甲氧胺吡啶溶液，以封闭羰基（针对α-酮酸和糖类，保护作用），减少衍生化副产物的生成。
8. LC-MS适合检测哪些代谢物？
参考问题1可知，限制LC-MS能力的主要是色谱分离。总结归类为脂质、胆汁酸、氨基酸、核苷酸等多数物质都可以使用LC-MS检测。
9. GC-MS和LC-MS只选一种，该如何选择？
两种平台的关系是部分检测对象重复，多数检测对象互补的关系，有条件的建议2种平台组合使用，否则需要根据自己的研究目的来选择，一般来说，中心代谢途径（如三羧酸循环、糖酵解中乳酸、丙酮酸等）密切相关的建议选择GC-MS平台，而脂质组学、胆汁酸定量、激素（动物和植物）可选择LC-MS平台。选择的准则较多，如不确定的，可以联系谱领生物技术支持获取更加准确的信息。
下一节，我们继续讲解代谢组学样本收集相关的基础知识。
关于谱领生物
上海谱领生物科技有限公司是一家专注于代谢组学与生物质谱应用技术研发服务的高新技术企业，由国内最早一批开展代谢组学与生物质谱研究的资深科学家团队组建，拥有先进的硬件设备和卓越的技术，并汇聚了理论深厚、经验丰富的高技术专业人才和管理人才。
主要服务产品分为非靶向代谢组学（传统优势服务项目）、精准的靶向定量代谢组学（业内最全、特色服务项目）、精细化的脂质组学、基于稳定性同位素标记技术的代谢流组学（业内仅有、特色）和领先数据分析服务。自建的包含3000+代谢物信息的气相色谱质谱和液相色谱质谱代谢物标准品数据库，配合Golm代谢组数据库、Fiehn代谢组数据库、NIST数据库和脂质理论库等商业和公共数据库，可提供代谢物准确定性定量服务。其中，谱领靶向定量代谢组学技术服务项目种类最多，形成了品牌，在国内居于领军位置。
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代谢组学常见问题（二）：仪器理论篇,代谢组学实验方法
钼肥对大豆的生理作用与配施技术
一、钼肥对大豆的主要生理作用
1、钼是硝酸还原酶的组成成分，能够促进大豆对硝态氮的同化。倘若供应不足，将会影响硝酸还原酶的活性，导致硝酸根离子在大豆体内积累增加，产生毒害作用。
2、钼元素是大豆根瘤菌细胞内固氮酶的组成成分，能够促进钼—铁蛋白在根瘤细胞内的合成，有利于还原利用空气中游离氮素，大豆施用少量的钼元素，就可通过微生物获取大量的空间能源。
3、充足的钼素营养，能够促进苗齐苗壮，增强大豆叶片贮氮能力，提高根瘤固氮能力，提高蛋白质含量，增加百粒重。
4、在连续阴雨等气象逆境时段，喷施钼肥，有利于加快亚硝酸的转化，从源头逆控有害物质硝酸盐的衍生，对于构建安全食物链，具有极其重要的意义，不论是食品生产，还是牧草生产，都应逐步重视“转氨工程”。目前听起来是个新词语，将来会演化为高端农产品的行业守则。
二、钼素的丰缺珍断
由于缺少近期土化资料，无法逐地号分析评判，通常以0.15mg/公斤土，作为丰缺临界值，低于0.1mg/公斤视为严重缺乏，低于0.15视为缺乏，达到0.2mg/公斤土视为适宜。（上述测试方法为：草酸+草酸铵PH3.3，丰缺评判标准因测试方法不同而不同），大豆植体缺钼直观珍断：幼叶发黄，老叶畸形向下卷曲，出现褐色小斑点散发整个叶脉，株矮细小，有效根瘤较少，一般品种每公斤籽粒含钼元素15.5mg，化验结果倘若低于该值，表明严重缺乏，每公斤豆皮高于15mg表明严重超标。
三、钼元素与其它元素之间的交互关系
钼素与氮磷钾之间存在正交互关系，钼素与铜素呈现正交互关系，也就是说配施增产率大于单施之和。钼素与锌素呈负交互关系，也就是说混施增产率低于单施之和。钼素与硼素呈现平衡关系，铁素与铜素呈现平衡关系，也就是说，两者能和谐并存，不存在制约关系。土壤中不仅含有多种有机酸、酚、醛、酮类等合化物，还含有腐殖酸、维生素、生长素、激素，氨基酸等生物活性物质，形成一个充满动态变化的系统，离子间处于不断地解离、置换、重组固定等变化。多年的实验研究表明，有些生理活性物质与微量元素有益元素，均以叶面喷施效果好于土壤施入效果。关键在于规避了土壤环境的干扰。
四、土壤缺乏钼素的原因分析
1、钼元素的丰缺与土壤质地成因有关，白浆土比暗棕壤更为缺乏。
2、土壤逐年酸化，降低了钼元素的有效性。
3、随着农产品带出，钼元素资源逐年减少，按大豆垧产2550公斤计算，
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