吲哚丙酮酸的酮-烯醇互变异构化的NMR研究

吲哚丙酮酸是色氨酸代谢途径中的一种重要α-酮酸,但其酮-烯醇互变异构化现象及互变异构体的NMR数据尚未见报道.该文采用多维NMR技术研究了吲哚丙酮酸在不同溶剂中主要存在形式.使用2D NMR谱对吲哚丙酮酸的烯醇式和酮式结构进行了NMR研究.结果表明吲哚丙酮酸在乙腈溶液中主要以烯醇式结构存在,而在水溶液中主要以酮式结构存在.     

大鼠尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的NMR分析

N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷是尿液代谢组的两种重要组成成分,但是其核磁共振信号的归属仍不完善.该文采用多种2D NMR谱(1H-1H COSY,1H-1H TOCSY,1H-1H J-RES,1H-13C HSQC和1H-13C HMBC)对尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的结构进行了确定,并对其1H和13C的化学位移进行了归属.     

核磁共振电信号内标法在人体尿液定量分析中的应用

研究了Varian谱仪核磁共振电信号内标法在人体尿液代谢物浓度测定上的应用,通过实验证明了该方法进行定量分析的可靠性.NMR电信号内标法原理上是通过Varian谱仪去耦通道在常规一维谱图上产生一个参考信号,并利用谱仪软件程序来调整该信号在频谱上的强度、频率、衰减速率等参数.避免了代谢组学中NMR定量实验需要添加已知浓度物质(例如TSP)作为内标而引起的内标物与样品相互作用、谱峰重叠、内标物不溶及弛豫时间太长等问题.研究结果表明,Varian谱仪去耦通道产生的电信号稳定可靠(标准偏差0.36%),能够用于定量分析;当样品浓度大于20 mmol/L或小于2 mmol/L时,该方法测定的相对误差分别为1%和5%.通过配制低浓度的尿液模型样品,验证了电信号内标法测量人体尿液代谢物的浓度的可行性,最后使用该方法测量真实的人体尿液中常见代谢物的浓度,测定结果与医院常用生化分析仪器的测定结果相符.     

大鼠粪样中几种糖类物质的结构确定

粪样代谢组能够反映宿主和肠道菌群相互作用的共代谢信息,然而粪样中糖类物质的归属信息迄今仍不完善. 该研究使用1D NMR技术检测到大鼠粪样中木糖、阿拉伯糖、半乳糖等单糖以及由阿拉伯糖和木糖组成的寡聚糖. 在使用固相萃取（SPE）方法进行分离富集的基础上,结合使用2D NMR实验技术（¹H-¹H COSY,¹H-¹H TOCSY,¹H-¹³C HSQC,¹H-¹³C HMBC以及DOSY）确定了这些糖类物质的结构,并对其1H NMR和¹³C NMR谱峰进行了归属.     

肝肿瘤细胞HepG2代谢指纹及代谢足迹的NMR分析

细胞代谢特征的分析是认识细胞生物化学过程物质基础的一个关键点. 该文使用培养72 h的肝肿瘤细胞HepG2为模型,使用一维与二维核磁共振谱学分析方法, 分析了该细胞本身及其培养液中代谢物的组成,确定了50余种覆盖三羧酸循环、糖酵解、氨基酸合成、脂肪酸与胞膜代谢、嘌呤与嘧啶代谢等多个代谢途径的代谢物,发现细胞本身与培养基中代谢物组成能够分别提供“细胞代谢指纹”与“细胞代谢足迹”等互补性信息. 同时发现此方法可用于研究植物次生代谢物槲皮素对肝肿瘤细胞HepG2代谢的影响. 结果表明,核磁共振波谱技术是分析细胞代谢组特征和研究药物对细胞代谢影响规律的有效手段.     

硫前列酮影响小鼠代谢的NMR研究

前列腺素E2（PGE2）作为一种体内广泛分布的活性物质,通过与其特异性受体EP1,EP2,EP3和EP4结合实现信号跨膜转导,参与许多重要的生理病理过程. 硫前列酮作为PGE2的类似物,通过激活EP1和EP3受体发挥其生理作用,但相关的代谢基础还不甚清楚. 该研究运用基于核磁共振（NMR）技术的代谢组学方法研究了EP1和EP3受体激活剂硫前列酮对小鼠血清和肝脏代谢组的影响. 结果表明,中高剂量硫前列酮处理32天会导致小鼠肝脏代谢组中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、二磷酸尿苷、磷酸腺苷和胆汁酸的明显增加,同时肝糖原、葡萄糖、苯丙氨酸、酪氨酸、尿苷、肌苷、烟碱酸和氧化型谷胱甘肽明显减少. 恢复3周后,高剂量硫前列酮处理小鼠会导致肝脏代谢组中的胆碱水平比对照组高. 这些结果表明EP1和EP3受体激活剂硫前列酮会对小鼠肝脏的糖、核酸和氨基酸等代谢产生影响. 同时,未发现硫前列酮对血清代谢组产生明显影响,这可能与血液循环系统维持机体内环境相对稳定有关. 以上研究结果为认识PGE2- EP1/3信号通路在代谢中的作用提供了基础数据.     

冷冻干燥对人类体液代谢组影响的NMR研究

样品前处理是代谢组分析的重要环节，而冷冻干燥是样品前处理过程中去除溶剂的重要方法，但冷冻干燥对代谢组分析结果的影响还有待进一步研究.本文以人类尿液和血清样本为研究对象，采用核磁共振（NMR）技术分析了冷冻干燥对这两种重要体液代谢组的影响，发现冷冻干燥会引起体液样本中部分有机羧酸和氨基酸含量的改变；而且，冷冻干燥对尿液和血清样品代谢组的影响不同，这可能与两种体液的生物基质差异有关.本研究结果表明，在代谢组学研究中要格外关注冷冻干燥对样品前处理及后续数据归一化所产生的影响.     

绿豆(Vigna Radiata)代谢物组成的核磁共振定量分析

绿豆(Vigna radiata)是重要的经济作物之一,具有抗氧化、抗炎和抗菌作用.然而迄今为止,绿豆代谢物组成信息仍不完善.为了系统地定量研究绿豆代谢物组成,该研究利用DOSY,J-RES,COSY,TOCSY,HSQC,HMBC和1D 1H NMR谱图在鄂绿4号(ElüNo.4)绿豆水相提取物中鉴定和归属了48种代谢物,确定了绿豆中棉籽糖家族寡糖的构成,并且利用全弛豫谱对其中44种代谢物进行了定量分析.     

基于HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS技术的代谢物快速定性和结构确定

快速定性并有效地确定代谢物结构是代谢组学、植物化学和天然药物发现等研究的重要内容. 本文以迷迭香的两种溶剂提取物（氯仿/甲醇=3/1和50%含水甲醇）作为模型样品,通过分析其中的一些化学成分,展现了HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS无缝联仪技术在确定代谢物结构方面的应用潜力. 基于高效液相色谱、紫外吸收、核磁共振波谱及质谱数据,具有代表性的6个迷迭香代谢物的结构得到了确定,它们分别为1个酚类二萜（鼠尾草酚）、2个酚酸（迷迭香酸和咖啡酸）、2个黄酮（6-甲氧基木樨草素-7-葡萄糖苷和高车前甙）和1个香豆酸 (顺-4-香豆酸葡萄糖苷). 该技术使分析型HPLC柱所分离的组分可以获得高质量同核及异核二维核磁共振波谱,从而能够更加便捷地确定微量成分的结构. 这些研究结果不仅提供了上述6种代谢物详细的谱学数据,而且证实HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS技术是天然产物以及其他复杂体系结构分析的重要工具,即使同一色谱峰中含有浓度相差一个数量级的多个代谢物时,该方法依然有效.     

几种高分子材料的域结构、分子动力学和相互作用的固体NMR研究

聚3-羟基丁酸酯(PHB)是微生物细胞在其生长的特定时期在胞内合成的具有相应生物功能的聚羟基烷酸酯类物质, 是一种具有潜在的广泛应用前景的生物可降解的高分子材料. 由于天然的PHB其较高的结晶度和较窄的温度处理范围,它在应用过程中受到较大的局限性. 人们将结构相似的单体3-羟基戊酸(HV)与3-羟基丁酸(HB)共聚形成共聚物(PHBV)以后, 显著改善了PHB的物理机械性能,譬如:冲击强度和韧性有所增加，而硬度脆性有一定程度的下降. 人们虽然在这些降解高分子材料的开发、制备和物理机械性能以及这些材料的应用等方面有很多研究，但是有关分子水平的问题并未得到系统的探索. 因此，针对这些分子基础问题(结构域特征和分子动力学等)做了一些初步的研究.  全氟磺酸树脂(Nafion)是杜邦公司生产的一种燃料电池电极薄膜材料，其较低的使用温度(<100℃)严重地限制了它的应用范围. 人们发现，当把层状硅酸盐(蒙脱土)和Nafion合成为有机无机纳米复合材料之后，在一定程度上提高了它的使用温度. 虽然这种复合材料很容易合成出来并且已经运用到了实际工业应用之中，但是这种热稳定性提高的原因却不甚清楚. 通过固体NMR等分析方法从微观相互作用方面来认识这种宏观性能改善的原因.  使用固体¹³C CP MAS、¹³C SPE MAS NMR以及XRD方法测定了PHB和两种PHBV的结晶度(X_c)，发现随着HV的引入它们的X_c 逐渐减小. 研究同时发现在测量X_c 的这几种方法中¹³C SPE MAS NMR误差较小. 实验中我们利用质子弛豫诱导谱编辑(PRISE)、质子自旋扩散(Spin-diffusion)等固体NMR技术研究了PHB以及不同含量HV的PHBV的结构域特征和相应结构域的运动性. 实验结果表明随着HV含量的增加，它们的非晶相结构域尺寸增大，晶相结构域尺寸减小，可以看出HV的引入导致PHB的结构域特征的变化是其宏观性能改善的原因.  进一步通过低分辨固体NMR测量了PHB和PHBV的变温质子弛豫时间(T₁, T_1ρ, T₂), 然后通过理论拟合获得了它们不同运动状态的分子运动相关频率(τ_c)和分子活化能(E_a)等动力学信息，研究发现随着HV含量的增加，分子运动加快，活化能减小，在分子水平上认识了HV的引入使得PHB宏观性能改善的微观原因.  通过溶胶凝胶法合成了燃料电池电极薄膜(Nafion)和层状硅酸盐(蒙脱土)纳米复合材料来提高Nafion的使用温度，FT-IR和²⁹Si MAS NMR实验结果表明在杂化材料中虽然质子化的十二烷基胺修饰的蒙脱土(MMT)的引入没有导致MMT的骨架结构发生明显变化，而且Nafion也没有插入到MMT的层间，但是TGA分析表明杂化材料中的Nafion的热稳定性比纯的Nafion高. 通过一系列固体NMR技术包括¹⁹F MAS、¹H-¹³C CP MAS NMR和¹H-¹³C HETCOR 2D NMR实验初步证实了这种材料的热稳定性的提高可能是由于MMT表面吸附的NH⁺₃与Nafion侧链上的SO^-₃之间存在较强的静电相互作用，初步可以认为这种相互作用是导致电极材料性能改善的原因.