Skoltech'in kütle spektrometri laboratuvarı, Rusya Bilimler Akademisi'nin ilgili bir üyesi tarafından yönetilmektedir.
Yaşam süreçlerini inşa etmenin merkezinde ne yatıyor?
DNA, vücudun nasıl görünmesi ve çalışması gerektiği hakkında bilgi depolayan uzun bir polimer zinciridir.Yani diğer türlerden farkımızve aynı türden iki bireyin birbirinden nasıl farklı olduğu. Bu moleküller benzersizliğimizi belirler. Size bir örnek vereyim: Bir tırtıl ve onun içinde büyüdüğü kelebek. DNA moleküllerinin farklı mı yoksa aynı mı olduğunu düşünüyorsunuz? Aslında doğru cevap şudur: Aynı. Genetik bilgi yaşam boyunca hiçbir şekilde değişmez. Aslında tırtıllar ve kelebekler neden farklıdır? Çünkü DNA'da saklanan bilgilerin tümü aynı anda gerçekleşmez. Uygulama, transkripsiyon süreci yoluyla gerçekleşir; bunun sonucunda, bireysel genler okunduktan sonra haberci RNA, proteinlerin sentezine izin verir.
Proteinler, vücudumuzda farklı işlevleri yerine getiren evrensel moleküler makinelerdir: yapıdan düzenleyiciye.Hayatın güncelliğini yitirmiş tanımlarından biri deProtein moleküllerinin düzenli varlığı ve etkileşimi. Ancak sorun şu ki, protein molekülleri de büyük. Proteinler ayrıca büyük moleküler ağırlığa sahip polimer molekülleridir: genellikle 10 ila birkaç yüz kilodalton arasında. Ve temel yaşam süreçlerini bunların üzerine inşa etmek oldukça sorunlu çünkü sıcaklık ve dış ortamdaki değişikliklere karşı oldukça duyarlılar. Muhtemelen hücredeki yaşamsal süreçlerin neredeyse tamamının küçük moleküller aracılığıyla gerçekleşmesinin nedeni de budur. Ve küçük moleküllerin birbirine dönüşümü zaten proteinler tarafından kontrol ediliyor. Bu küçük moleküllerin moleküler ağırlığı birkaç on ila birkaç yüz kilodalton arasındadır. Canlı bir organizmada bulunan tüm küçük moleküllere metabolitler denir.
1 dalton veya 1 atomik kütle birimi (amu)- moleküllerin, atomların, atom çekirdeklerinin ve temel parçacıkların kütleleri için kullanılan ekstra sistem kütle birimi.
1 A. birim = 1,660 539066 60 (50) ⋅10−27 kg.
Birincil metabolitler, vücudun tüm hücrelerinde bulunan ve hayati süreçlerin sürdürülmesi için gerekli olan kimyasallardır.Tüm polimer molekülleri, proteinleri venükleik asitler. Bu metabolitler bir organizmanın tüm hücreleri için aynıdır. Yaşam boyunca metabolitler, örneğin enerji aktarımı amacıyla birbirine dönüştürülür. Ve bu dönüşüm yollarına - dönüşüm zincirlerine - metabolik yollar denir.
Krebs döngüsü veya trikarboksilik asit döngüsü, hücresel solunum sürecinden sorumludur.
İnsan vücudundaki farklı metabolik yollar kesişir, yani ortak katılımcıları vardır.Böylece metabolitlerle meydana gelen tüm süreçler birbirine bağlıdır.
İkincil metabolitler, tüm hücrelerin hayati işlevlerini yerine getirmesi için gerekli olmayan maddelerdir.Genellikle koşullara uyum sağlamak için kullanılırlardış ortam. Örneğin kahve bitkileri yapraklarını zararlılardan korumak için kafein üretir. Kahve bitkilerinin yapraklarını yiyen böcekler için zehirlidirler. Ancak bir şekilde kafeinin tamamını bitkiden uzaklaştırırsak bitki yaşamaya devam edecektir. Hiçbir hayati süreç aksamayacaktır. İkinci örnek antibiyotiklerdir. Biliyorsunuz penisilin ilk antibiyotiktir ve tamamen tesadüfen küflerden izole edilmiştir, bu da tıpta devrim yaratmıştır. Küfler yaşam alanlarını temizlemek için penisilin kullanırlar. Ana organizmaya zararsızdır ancak diğer mikroorganizmalara karşı toksiktir. Aslında insanlar bu özelliği çeşitli bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için kullanırlar. İnsanların bitkileri aktif olarak gıda olarak tüketmesi nedeniyle vücudumuzda mikroflora oluşturan çeşitli mikroorganizmalar yoğun olarak bulunur. Bu maddeler sadece kişinin kendisinin değil, aynı zamanda kaçınılmaz olarak vücudumuza giren canlı organizmaların da ikincil metabolitleridir.
Doğal filtre ve neden yanlış
Ksenometabolitler, canlı organizmaların aktivitesi ile ilişkili olmayan bileşikler olan antibiyotiklerdir.Genellikle bir kişinin aldığı bir şeydirfarklı amaçlar için yapay olarak Örneğin ilaçlar, gıda katkı maddeleri, besin takviyeleri, doping, ilaçlar, tütün yanma ürünleri, alkol veya hijyen ürünleri, ev kimyasalları, ekotoksik maddeler. Bunlar da küçük moleküllerdir ve hem ilaç kullanımında isteyerek hem de kazara vücuda girerler. Örneğin, dişlerinizi fırçaladınız, diş macununu yuttunuz ve sisteminize yeni kimyasallar bu şekilde girdi. Ve bu maddelerin birçoğunun, çok küçük konsantrasyonlarda bile vücudumuz üzerinde belirli etkileri olabilir. Üstelik bu etki olumlu ya da olumsuz olabilir ya da maddenin miktarına göre değişiklik gösterebilir.
Karaciğer, yabancı kimyasalların sistemik dolaşıma girişinin önündeki ilk engeldir.moleküllerini filtrelemeye çalışır.vücut zarar görecek ve bunları uzaklaştırarak kan yoluyla organlara daha fazla salınmasını önleyecektir. Karaciğerin birçok filtreleme mekanizması vardır, ancak hiçbiri% 100 çalışmaz: aksi takdirde herhangi bir toksin veya ilaç almanın zehirlenmesi veya ciddi sonuçları olmaz. Ancak karaciğer vücudumuzun büyük bir kısmının su olması yani yüzde 80'inin sudan oluşması gerçeğinden yararlanır. Bu nedenle karaciğer, molekülleri suda çözünen hidrofilik olanlar ve hidrofobik olanlar olarak ayırmaya çalışır. Karaciğer, eğer madde hidrofilik ise, fazla zarara neden olmaması gerektiğinden sistemik dolaşıma daha fazla salınabileceğine "inanır". Ve eğer bir madde hidrofobik ise, daha fazla salınmasını önlemek veya en azından onu daha hidrofilik hale getirmek için onunla bir şeyler yapılması gerekir.
Karaciğerin iki mekanizması vardır; metabolik aşamalar.İlk aşamada karaciğer,sitokrom P450 ailesinin özel proteinleri ve enzimleri bu maddeleri oksitler. Oksidasyon sonucunda molekülün yapısı değişir ve daha hidrofilik hale gelebilir. Karaciğer daha sonra bu metabolitleri kan dolaşımına salabilir veya bunları idrar yoluyla böbrekler veya bağırsaklar yoluyla atmaya çalışabilir. Bu işe yaramazsa, karaciğer bu oksitlenmiş moleküllerin üzerine hazır, garantili suda çözünebilir molekülleri “dikebilir”.
Hepatik metabolizma vücudumuza girebilecek küçük moleküllerin çeşitliliğini artırır.Örneğin oksidasyon aşamasında teorik olarak bir molekülden 500'den fazla farklı yeni molekül oluşur, hangilerinin oluşup hangilerinin oluşmadığını tahmin etmek mümkün değildir.
Sonsuz Alfabe: Metabolitleri İncelemek Neden Bu Kadar Zor?
Nükleik asitler, büyük bir metin dizisinin oluşturulduğu beş harfli bir alfabe olarak temsil edilebilir.Evet, elbette, buradaki harf sırasıhat nispeten kaotik olabilir, ancak yaşam boyunca DNA değişmez, sadece kopyalanır. Dolayısıyla bu dizenin ne olacağına dair belirli kısıtlamalarımız var. Proteinler söz konusu olduğunda durum biraz daha karmaşıktır: alfabede zaten 20 harf olacaktır, yani proteinlerin oluşturulduğu 20 amino asit olacaktır, ancak bu da istemsiz olarak gerçekleşir. Dolayısıyla araştırmacının bakış açısına göre bu nesneler de birbirine oldukça benzer. Ve metabolitler söz konusu olduğunda, herhangi bir alfabeyi ayırmak son derece sorunludur: aslında bu, periyodik tablonun tamamıdır. Ve oluşum kuralları arasında - yalnızca değerlik kuralı. Ek olarak, karbon kimyasının, iki karbon atomunun birbirine bağlanmasına ve daha sonra sınırsız sayıda karbon atomu veya periyodik tablodan başka atomlar eklemesine izin veren ve bu tür moleküllerin çok büyük bir kimyasal çeşitliliğine yol açan bir özelliği vardır.
Bu kadar küçük molekülleri ve tüm çeşitlerini incelemek için özel yöntemler gereklidir.Basit olanlar var:örneğin genel kan veya idrar testi yaptırıp “koku, renk” yönünde bir çizgi olduğunu gören herkesin karşılaştığı organoleptik analiz. Bir çözeltide belirli bir molekülün bulunması gerektiğinde, önceden seçilmiş bir reaktiften bir damla eklenir. Çözeltide molekül varsa renklenme meydana gelir, değilse yalnızca çökelti oluşur. Basit yöntemler arasında, çökeltinin yapısından sonuçlar çıkarmak için mikroskop kullanabileceğiniz optik spektroskopi de vardır. İmmünokimyasal yöntemler artık oldukça popüler: Bu, COVID-19 için aynı ELISA testidir.
Omics çalışmaları, tam bir popülasyonu inceleyen çalışmalardır.Ve metabolomik, büyükbir organizma, hücre veya organdaki küçük moleküllerin tamamını temsil eden veriler. Bu verilerin kümesi, çeşitli tahminlere göre, eğer sadece birincil metabolitleri göz önünde bulundurursak birkaç binden, bunlara bilinen bitkilerin, bakterilerin ve mantarların ikincil metabolitlerini eklersek, onbinlerce kişiye kadar değişir. Aslında, insan vücuduna girebilecek tüm kimyasal çeşitliliği hesaba katarsak, birkaç yüz milyona kadar. Ve bunları incelemek için özel yöntemlere ihtiyaç vardır: nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ve kütle spektrometresi.
NMR'nin varlığının 80 yıllık tarihi boyunca, bu yönteme dahil olan bilim adamları beş Nobel ödülü aldı.Dört - NMR için ve beşinci - içinmanyetik rezonans görüntüleme. NMR spektroskopisinden biraz farklı ama prensip olarak çok benzer bir yöntem. NMR yöntemi, periyodik tablodaki bazı atomların sıfırdan farklı bir manyetik momente sahip olduğu gerçeğine dayanmaktadır. Bunlar küçük mıknatıslardır ve harici bir manyetik alanla etkileşime girebilirler. Bu etkileşim enerji seviyelerinin bölünmesiyle kendini gösterir. NMR yöntemi, aynı elementin farklı atomları ve atomları arasında ancak farklı ortamlarda ayrım yapılmasına olanak tanır. Son zamanlarda NMR, özellikle yüksek maliyeti nedeniyle popülerliğini kaybediyor.
Karmaşık bir karışımdan yüklü parçacıklar nasıl yapılır ve bileşimlerini öğrenin
Kütle spektrometresi, yüklü parçacıkları bir elektromanyetik alanla etkileşime girerek ayırma yöntemidir.Aşağıdakilerden oluşan karmaşık bir karışım alırsakfarklı yüklü parçacıklar ve modern kütle spektrometresi yöntemleriyle hemen hemen her molekül, kendisine bir proton eklenerek veya bir proton çıkarılarak yüklü forma dönüştürülebilir ve bu karışıma elektromanyetik alan uygulanarak, bu alanda parçacıklar oluşmaya başlayacaktır. hareket edecekler ve kütleye bağlı olarak ya hıza ya da yörüngeye sahip olacaklar. Hafif parçacıklar dedektöre ağır parçacıklardan daha erken ulaşacaktır. Dedektörden gelen veriler işlendikten sonra, Y ekseni boyunca iyon sayısıyla orantılı olan ve X ekseni boyunca - iyonlardaki kütle veya daha doğrusu, sinyal yoğunluğunun olacağı bir kütle spektrumu elde edilir. kütlenin yüke oranı. Üstelik kütle spektrometresi, kütleyi çok yüksek doğrulukla ölçmenize olanak tanır. Bu, oluştuğu iyonun, yüklü parçacıkların veya molekülün elementel bileşimini açıkça belirlemenin mümkün olduğu anlamına gelir. Matematiksel olarak buna Diophantine denklemini tamsayılarla çözmek denir: Aslında bu, her atomun yakınındaki katsayıların bir seçimidir: m(C), m(H), k(O), z(N). Ve m, n, k, z tamsayılarının yalnızca bir kombinasyonu kütle spektrometresi tarafından ölçülen kütleyi verebilir.
Kütle spektrometresi yöntemi yirminci yüzyılın başında Thompson tarafından önerildi.Bilim adamları dünyanın ilk kütle spektrometresini bir araya getirdiler veonun yardımıyla büyük bir keşif yaptı: deneysel olarak izotopların varlığını doğruladı. Öte yandan sonuçlarının doğru yorumunu veremiyordu. Öğrencisi William Aston bunu onun için yaptı: 1922'de bu keşiften dolayı Nobel Ödülü'nü aldı. 20. yüzyılda bir dizi dünya savaşı nedeniyle kütle spektrometrisi askeriye için bir yöntem olarak geliştirildi. Gelişiminin başlangıcında ana uygulamasını nükleer endüstride buldu. Kütle spektrometresi maddeleri kütleye göre ayırabildiğinden ve izotopları belirleyebildiğinden, uranyum gibi izotopları ayırmak için kullanılabilir. Kütle spektrometrisi için iki Nobel Ödülü daha verildi: 1989'da - Wolfgang Paul ve Hans Demelt ve ardından 2002'de - John Fenn ve Kaishi Tanaka tarafından bağımsız olarak gerçek bir devrim gerçekleştirildi. Büyük bir polimer molekülünden yüklü bir parçacık elde etmeyi mümkün kılan kendi yöntemlerini önerdiler: proteinlerden veya nükleik asitlerden, onu yok etmeden. Bu da çalışmaya ivme kazandırdı. Artık tek bir laboratuvar - biyokimyasal veya moleküler biyoloji laboratuvarı - kendi kütle spektrometresi olmadan veya enstitüde iyi donanımlı bir ortak kullanım merkezi olmadan çalışamaz.
Bir iyonun kütlesini belirledikten sonra, sadece temel bileşimi belirleyebiliriz, ancak moleküllerin yapısını belirleyemeyiz.Çünkü farklı yapıların bir element bileşimi çok büyük bir sayıya karşılık gelebilir. Yani bir moleküldeki atomlar farklı şekillerde düzenlenebilir. Buna izomerizm fenomeni denir.
Kütle spektrometristleri, bir molekülün yapısı hakkında biraz daha bilgi edinmenizi sağlayan bir yöntem geliştirdiler: Hızlandırılmış moleküllerin uçma yoluna belirli bir engel yerleştirilmiştir.Genellikle bunlar gaz molekülleridir.Moleküller bu gaz molekülleriyle çarpıştığında çarpışmadan kopabilirler. Ve sonra kütle spektrometresi orijinal molekülün değil, parçalandığı parçaların kütlesini ölçer. Ve bu bozunma rastgele değil, moleküldeki en zayıf bağlar boyunca meydana geliyor. Ortaya çıkan parçalar aynıdır ve bunlar moleküler parmak izleridir: her moleküle özgüdür.
Kromatografi, maddeleri sorbentlerle etkileşimlerine göre ayırma yöntemidir.Sorbentler emilebilen bir şeydirdiğer kimyasallar ve en basiti zehirlenme sırasında aldığımız aktif karbondur. 20. yüzyılın başında Rus bilim adamı Mikhail Tsvet, böyle doğal bir boyanın tebeşirle dolu bir sütundan geçirilmesi durumunda, büyük bir yeşil lekeli nokta yerine, sarıdan sarıya kadar çok renkli birkaç nokta elde edeceğinizi gösterdi. yeşil. Böylece ilk olarak yapraklardaki yeşil boyanın farklı maddelerin karışımı olduğunu fark etti. İkincisi, kromatografiyi keşfetti ve bunun için 1952'de yöntemini modern bir forma getiren diğer bilim adamları Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Modern kromatografide, kromatografinin türüne bağlı olarak bir karışım, bir sıvı veya gaz kullanılarak bir kolondan geçirilir. Sıvı, molekülleri kolonun çıkışına doğru ileri doğru "sürükler" ve sorbent, her moleküle farklı şekillerde müdahale eder. Sonunda kolondan farklı zamanlarda ayrılırlar, bu da kaydedilebilir ve tanımlama için başka bir parmak izi olarak kullanılabilir.
Beyin omurilik sıvısı incelemesinden kuru kan yöntemine
Kütle spektrometrisi, beyin omurilik sıvısını incelemek için şu anda mevcut olan tek yöntemdir.Tanının zor olduğu bazı durumlardahastalıklarda delinme gerekir, omurga delinir ve beyin omurilik sıvısı örneği alınır. Ancak sorun şu ki, ortalama olarak bir kişide yalnızca 120 ml beyin omurilik sıvısı vardır. Ve bu sıvı basınç altındadır, dolayısıyla 1 ml alınması bile bu basıncı önemli ölçüde etkiler ve vücut için geri dönüşü olmayan sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle gerçekte yalnızca birkaç mikrolitre örnek alınabilmektedir. Kütle spektrometrisi dışında mevcut yöntemlerin hiçbiri bu kadar küçük miktarlardaki numuneleri işleyemez çünkü numune ne kadar küçükse, molekül sayısı da o kadar az olur ve ekipmanınızın da o kadar hassas olması gerekir. Kütle spektrometresinin duyarlılığı genellikle bunun için yeterlidir. Toplandıktan sonra numune, ekipmanın arızalanmasını önlemek için mekanik kalıntılardan ve proteinlerden arındırılır. Analizin ardından sonuç bilgisayar kullanılarak işlenir ve bir “özellik listesi” elde edilir: çıktı yaklaşık 10-15 bin satırdır. Sütunlar, tam bir kütle, o molekülün miktarıyla orantılı bir yoğunluk ve bir "parmak izi" ile tanımladığımız bir formül üretir.
Bunu uygulamanın en doğrudan yöntemimetabolomik kütle spektrometresi deneyi - hangi moleküllerin ortaya çıktığını, ortaya çıktığını ve böyle bir fark oluştuğunda konsantrasyonlarını değiştirdiğini belirlemek için hasta ve sağlıklı insanları karşılaştırır.Genellikle iki grup vardır:sağlıklı insanlar ve bizi ilgilendiren bir hastalığı olan, örneğin belirli bir onkoloji türü olan kişiler. Her örnek için bu tür plakalar elde ediliyor ve ardından matematikçiler aralarındaki farkları bulmak için bunları karşılaştırıp görselleştiriyor.
Kütle spektrometrisinin ilk uygulaması neonatal taramadır.Her yeni doğan, Sağlık Bakanlığı'nın talimatıyla2006, belirli bir dizi kalıtsal hastalık için test yaptırmaları gerekiyor. Zaten Moskova'da en az 16 farklı hastalık için test yapılıyor. Bu tür hastalıklar vardır ve genellikle yaşamın ilk dakikalarından itibaren kendilerini gösterirler ve zamanında durdurulmazsa bir hafta veya birkaç gün içinde çocuğu ömür boyu sakat bırakabilir. Bu nedenle bu tür teşhislerin yeni doğmuş bir bebeğin yaşamının ilk birkaç saati içinde yapılması gerekir. Bu hastalıkların neredeyse tamamının biyobelirteçleri küçük moleküllü metabolitlerdir. Yani hastalıklar metabolizmada bozulmalar şeklinde kendini gösterir; örneğin bazı organik asitlerin kanda veya bazı lipitlerde birikmesi. Ve doğal olarak bu birikim çok küçük konsantrasyonlarda meydana gelir; bunlardan metabolizmadaki değişikliklerdeki farkı anlamak gerekir. Bu nedenle burada kütle spektrometrisi dışında başka hiçbir yöntem işe yaramayacaktır.
Çocuklardan kan alma sorununu çözmek için (çok fazla kan yok ve çocukların istilacı yöntemlerden ve doktorlardan korkması), kurumuş kan lekelerini analiz etmek için bir teknoloji geliştirdiler.Küçük bir delik açılır ve bir veya daha fazlaiki damla kanı doğrudan küçük bir filtre kağıdına damlatın. Buradaki kan hacmi birkaç mikrolitredir. Daha sonra bu kart kurutularak laboratuvara gönderilir ve gönderimi de çok uygundur: numunenin dondurulmasına veya çözülmesine gerek yoktur. Bu kartı analiz için yeniden eritmeniz yeterlidir; birkaç saat içinde analiz hazır olur.
Kütle spektrometrisinin başka bir uygulama alanı da kişiselleştirilmiş tıptır.Bütün maddelerimiz karaciğere gider ve karaciğerebir şekilde onları metabolize ediyor. Üstelik karaciğerlerimiz, yalnızca bazı hastalıklar ya da kötü alışkanlıklar yüzünden değil, hepimiz için farklı çalışıyor. Örneğin greyfurt suyu metabolizmanızı önemli ölçüde etkileyebilir; bazı enzimleri inhibe eder ve bunun sonucunda bazı ilaçların konsantrasyonu beklenenden birkaç kat daha yüksek olabilir. İlacı aldıktan sonra bazı kişilerin kanında bu konsantrasyon bulunurken bazılarında bu konsantrasyon iki kat daha fazla olacaktır. Vücuda gereksiz zarar vermemek için dozajın yarıya indirilmesi gerektiği ortaya çıktı. Dolayısıyla kişiselleştirilmiş tıbba geçiş. Bir hap alıyorsunuz, her saat başı kanınız alınıyor ve eğriye bakıyorlar: maddenin zaman içinde vücudunuzda nasıl dolaştığı, kandaki konsantrasyonunun ne olduğu. Daha sonra doktor sizin için dozajı ayarlayabilir, hatta ilacı durdurabilir ve başka bir ilaç yazabilir. Ve bu durumda kuru kan analizi de çok aktif olarak kullanılmaktadır.
Piyasaya giren her yeni ilaç mutlaka bir metabolik araştırma aşamasından geçer.Bazı ilaçlar çok toksik olmayabilir.ancak karaciğerde meydana gelen bozulmalar ve bazı hatalar sonucunda bu maddeler daha da toksik maddelere dönüşebilmektedir. En basit örnek parasetamoldür. Parasetamolün talimatlarında küçük çocuklara verilmemesi gerektiği belirtiliyor. Küçük çocuklara yalnızca ibuprofen verilmesi gerektiği. Bunun nedeni ise metabolizma sonucu toksik etki gösteren bu molekülün karaciğerde birikmesidir. Karaciğeri iyi gelişmiş bir yetişkin için bu toksik etki pek fark edilmez, ancak elbette parasetamolü kavanozlarda da yutmamalısınız. Küçük çocuklar için bu aslında her türlü nahoş ve hatta geri dönüşü olmayan sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle her yeni ilacın metabolizma açısından incelenmesi gerekmektedir.
Görüntüleme bir yürütme yoludurkütle spektrometrik analizi, yalnızca homojen hakkında değil, aynı zamanda heterojen bir numune hakkında da bilgi aldığımızda ve onun moleküler bileşimini uzayda inceleyebildiğimizde.Çalışmak için çok ilginç bir örnek varilacın ve metabolitlerinin sıçan vücudundaki dağılımı. Deney şu şekilde gerçekleştirilir: bir sıçana belirli bir ilaç verilir, birkaç saat sonra hayvana ötenazi yapılır ve ardından hayvan tüm vücut boyunca ince bir şekilde kesilir. Ve sonra özel bir kütle spektrometrisi tekniği, bu örnekteki her noktanın moleküler bileşimini incelemenizi sağlar. Bilgisayarda işlem yapıldıktan sonra, hangi metabolitlerin nerede biriktiğini görselleştirmek mümkündür. Metabolitlerin dağılımını incelemek önemlidir, çünkü bir zatürre ilacı alıyorsanız, beyinde değil akciğerlerde son bulması önemlidir. Kütle spektrometrik bir neşter, molekülleri kesi yerinden dışarı pompalayan bir "bıçaktır" ve daha sonra bilgisayar teknolojisi kullanılarak dokuyu hangi cerrahın kestiğini belirlemek mümkündür: hasta mı yoksa sağlıklı mı. Bu yöntem şu anda Amerika Birleşik Devletleri'nde uygulanmaktadır ve böyle bir bıçakla ilk gerçek operasyon halihazırda gerçekleştirilmiştir.
Her molekül için parmak izi
Sorun, birkaç yüz ve hatta binlerce kimyasal bileşiğin tek bir temel bileşime karşılık gelebilmesidir.Bu nedenle tüm satırları tanımlamak gerekirModern metabolomik analizin ana görevi de budur ve ne yazık ki tam olarak çözülememiştir. Moleküler parmak izleri, kimyasal moleküllerin veritabanlarında bulunanlarla karşılaştırılır. Eşleşirlerse, bunun doğru molekül olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Ancak bu tür veritabanları çok sınırlı sayıda madde içerir. Parmak izi veritabanının tamamı yaklaşık 20-30 bin bileşik içerir; hatta insan vücudunda bulunan tüm birincil ve ikincil metabolitleri bile kapsamaz. Başka bir sorun daha var: Bu veritabanını yenilemek için saf bir kimyasal maddeye ihtiyacınız var ve bunlar genellikle pahalıdır. Yani, saf bir kimyasalın maliyeti genellikle onlarca veya yüzlerce dolar olur.
Kimlik belirlemeye yönelik yaklaşımlardan biri yeni parmak izleri oluşturmaktır.Örneğin, yöntem şu anda aktif olarak geliştirilmektedir.iyon hareketlilik spektrometresi. Kütle spektrometresi iyonları kütleye göre bölerken, iyon hareketliliği onların boyuta göre ayrılmasını sağlar. Yani, eğer iki koşucunuz varsa - biri ağır ve biri hafif değil, biri büyük diğeri küçük ve yollarına bir tür engel koyarsanız - örneğin hücreli bir ağ, o zaman ince bir atlet Bu ağdan hızla geçerek bitiş çizgisine ulaşır, ancak şişman olan bu ağdan çıkana kadar bir süre sonra koşarak gelecektir.
İkinci yöntem, tanımlanması için temiz standartlar gerektirmeyen parmak izlerini bulmaya çalışmaktır.Laboratuvarda izotop değişimi denilen yöntemi kullanmayı öneriyoruz.
Örneğin, böyle bir moleküle bakarsak, o zamanoksijenle ilişkili hidrojen atomlarına sahip olduğunu göreceğiz. Yani özeller. Bu molekülü bırakıp ona geri dönebilirler. Bu molekülü suda çözündürdüysek, hidrojen molekülü terk edebilir ve hidrojen sudan geri dönebilir. Ve eğer sadece suyu değil, hidrojen yerine döteryumun olduğu ağır suyu da alırsak, o zaman hidrojen molekülü terk edebilir ve döteryum onun yerini alabilir. Döteryumun birim başına moleküler ağırlık olarak hidrojenden farklı olduğu bilinmektedir ve bir kütle spektrometresi böyle bir kaymayı görebilir. Basitçe bu tür hidrojenlerin sayısını sayarak, bunun gerekli bir molekül olup olmadığını, doğru tanımlayıp tanımlamadığımızı söyleyebiliriz.
Molekülleri tanımlamak için yapay zeka kullanılabilir.Mevcut bilgilere göre tamamlayabilirsinizDerin öğrenme yöntemlerini kullanarak eksik bilgi veritabanları. Yani modeli eğitiyoruz ve molekülün yapısına bağlı olarak gerekli parmak izlerini tahmin ediyor ve bunu daha sonra deneyde elde edilenlerle karşılaştırmak için kullanabiliriz.
Ayrıca bakınız:
Uranüs, güneş sistemindeki en garip gezegen statüsünü aldı. Neden?
İnsanlar, ısı kaynakları olmadan bile çok düşük sıcaklıklara dayanabilir
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?