metalbinded metal forms analysisi

1. Защо растенията са
важен аналитичен
обект?
Източник на:
• енергия
• хранителни вещества
• кислород
• суровини
балансьор в редица екосистеми
Осигуряват живота на останалите
организми
World Agriculture: Towards 2015/2030, FAO, 2002 http://www.fao.org/:
“Науката за растенията никога не е била по необходима от днес”

2. Какво искаме да
разберем?
• Как по-ефективно да ги отглеждаме
• Как да ги предпазваме от антропогенно
влияние
• Как да ги направим по-устойчиви на
стресове
• Как да управляваме експлоатацията им
ефективно и “устойчиво”
• Кои са ключовите физиологични
особености и как се влияят те от външни
фактори
• Каква е “фината архитектура” на
растенията и как можем да я
култивираме.

3. Как да го
разберем • Наблюдение на рекцията и изменението
във функцията на организма
• Идентифициране на факторите които
влияят на растителната физиология
• Търсене на причината на молекулярно
ниво
• Статистическа интерпретация на данните
от асоциация
• Създаване на модели и тяхното
изпитване/доказване

4. Околна среда
+ начин на хранене
Метаболити (ниска мол. маса)
Епигенетика
Транскрипционни варианти
предвиждат >100,000 кодирани протеини
Малки структурни промени могат да
променят функцията на протеина
Сложността на протеина представлява
повсеместно включване на > 200
посттранслационна модификации,
включително фосфорилиране и гликолиза
Генома на всеки човек
извършва около 250-300 т.
нар. “загуба на функция"
мутации, които изваждат от
строя гена, в които те се
случват.
•Генетиката предоставя отпечатък/подробен и уникален план = какво може да се случи
•Транскриптите предоставят план за действие = това, което най-вероятно ще се случи
•Протеините са това, което го предизвикват да се случи
•Метаболитите могат да разкажат историята = какво се е случило
ОМИКС ТЕХНОЛОГИИТЕ?
СИСТЕМЕН (ИНТЕГРАЛЕН ИЛИ ХОЛИСТИЧЕН) ПОДХОД

5. белтък
мазнини
метаболити захари
РНК
ДНК
О
к
о
л
н
а
с
р
е
д
а
ДНК (дезоксирибо- нуклеинова
киселина)
В нея се намират гените –
около 2-3%=25-50 хиляди
(ГЕНОМИКА)
Белтъци
(ПРОТЕОМИКА)
МЕТАБОЛИТИ
(Вторично активни съединения
~300 хиляди)
•Феноли
•Витамини
•Алкалоиди
•Органични киселини и др.
БИОИНФОРМАТИКА
•Как работят гените, белтъците, метаболитите
•Има ли разлика между тях при различните организми; какъв е
тяхния състав и структура
•Как те си взаимодействуват
•Кой и как ги регулира
•Защо белтъците и вторичните метаболити са храна и
лекарства, а ДНК не
Къде е мястото на елементите?
Е
л
е
м
е
н
т
и
в
С
в
ъ
р
з
а
н
а
ф
о
р
м
а
йони

6. транскриптом
протеом
метаболом
Ионом-елементният състав на
организмите, тъканите и клетките
Йономика или анализ на елемент-свързани форми?
ГЕНОМ
Свързани
форми на
елементите
Елементи
“- о м и к с”

7. Virginia Bioinformatics Institute
-Omics data:
Enabling Arrow of
Bioinformatics
Genomics
Functional Genomics
Proteomics
Metabolomics
Products/Results
“Омикс” технологиите – потенциалните отговори
Геномика
Геномиката е съвременно понятие за едновременно изследване (интегриран подход) потенциала на
живата клетка на равнище ген, с помощта на високите модерни технологии, включително и
информационните технологии.
Йономика
Елементи в свързани форми
Функция на
живия организъм
(био)Органиченанализ
(био)Неорганиченанализ

8. ТезаТеза
Крум БърдаровКрум Бърдаров
Анализ на елементи в техните свързани
форми в растителната тъкан

9. Живият организъм: биоЖивият организъм: биополимериполимери и биои биомембранимембрани
ИнформацияИнформация ии компартментализациякомпартментализация
КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯТА
Позволява съществуването
на множество равновесия и
химични форми
M__________D
M- _-_-_-_-_- C
M- - - - - - - - - BC
М - - - - - - AB
М2+
(?)

10. Принципна схема на работа при специационния анализ на растенияПринципна схема на работа при специационния анализ на растения

11. Четири сегмента на работа.Четири сегмента на работа.
• какви лиганди
търсим?
•Кои елементи
търсим?
•Имаме ли
предположение

12. Инструментален анализ на елемент - свързани видовеИнструментален анализ на елемент - свързани видове
Основни инструментални техники:Основни инструментални техники:
• ХроматографияХроматография
• NMRNMR
• UV-VISUV-VIS
• IR/RAMANIR/RAMAN
• Мас спектрометрияМас спектрометрия
• Хроматография – МасспектрометрияХроматография – Масспектрометрия
• КапилярнаКапилярна
електрофореза – Масспектрометрияелектрофореза – Масспектрометрия
• ЯМР - ХроматографияЯМР - Хроматография
• течна
• газова (калай, живак,
борни съединения)
• ESI, MALDI, ICP
• (ESI)LC-MS/MS
•(ICP)LC-MS
•(ICP)GC-MS (Летливи
форми)
•(EI/CI)GC-MS(/MS)
•CE- (ESI)-MS/MS
ICP ОЕS
AAS
XRF
(LA) ICP-MS

13. • течна хроматография
•Газова хроматография
(калаени, живачни, борни
химични видове)
• използва се по-ограничено,
поради по-малкия диапазон на
подходящи аналити
• разделяне на химичните видове в които участват
елементи различни от Н, C, O, N, P, S, йони,
молекули, дори комплексни съединения;
• пречистване от нежелани матрични компоненти
(online/offline)
• концентриране
• вход към масспектралната техника
• идентифициране по време на задържане
хроматография
Пречистване
Изолиране на фракции
• препаративна хроматография
• Твърдофазна екстракция
• и др....
Прецизно разделяне и анализ на
целевите фракции
•SEC 1D,
•IE
•NP 2D,
•RP

14. • течна хроматография
хроматография
Online
Offline
Еднодименсионална
хроматография
Двудименсионална и много
дименсионална хроматография
Изолиране на фракции
• препаративна
хроматография
• Твърдофазна екстракция
• и др....
•SEC - разделяне по размер във водна
среда.
•IE- разделяне според ионообменните
свойства
•NP – разделяне на база липофилност и
неполярност
•RP- разделяне на база
хидрофобност
•HILIC – разделяне на база
хидрофилни взаимодействия
•Други специфични
механизми (отпечатани
полимери и др.)

15. Масспектрални
техники
• висока
чувствителност
•селективност/специфи
чност
•Структурна
информация
• широк диапазон от
аналити, които могат
да се анализират
• възможност за работа
с малки проби
•Възможност за работа
с много комплексни
матрици
• куплиране с
хроматографи
MS
Органична MS Неорганична MS
EI, CI, FAB
ESI, APCI, APPI
MALDI
И други
ICP-MS
Хроматограф + интерфейс
LC-MS (MSn
)
GC-MS (MSn
)
LC-ICP-MS
GC-ICP-MS

16. Инструментален анализ на елементи - свързани видовеИнструментален анализ на елементи - свързани видове
•Пулверизационна камера
• Плазмена горелка
•Интерфейс към MS
•Реакционна клетка
•Масанализатор
•Детектор
ICP-MS

17. Инструментален анализ на елементи - свързани видовеИнструментален анализ на елементи - свързани видове
•LC-ICP-MS

18. MS
Органична MS Неорганична MS
EI, CI, FAB
ESI, APCI, APPI
MALDI
И други
ICP-MS
Хроматограф + интерфейс
LC-MS (MSn
)
GC-MS (MSn
)
LC-ICP-MS
GC-ICP-MS
Масспектрални
техники
• висока
чувствителност
•селективност/специфи
чност
•Структурна
информация
• широк диапазон от
аналити, които могат
да се анализират
• възможност за работа
с малки проби
•Възможност за работа
с много комплексни
матрици
• куплиране с
хроматографи

19. Инструментален анализ на елемент - свързани видовеИнструментален анализ на елемент - свързани видове
Органична мас спектрометрия
иони
вход
вакуум

20. Инструментален анализ на елемент - свързани видовеИнструментален анализ на елемент - свързани видове

21. Инструментален анализ на елемент - свързани видовеИнструментален анализ на елемент - свързани видове
MS инструменти при
идентификация и
количествен анализ

22. Инструментален анализ на елемент - свързани видовеИнструментален анализ на елемент - свързани видове
• LC-ICP-MS
•LC-QТoF-MS

23. М е т а б о л и з ъ м н а е т а н о л а в о р г а н и з м а н а ч о в е к аМ е т а б о л и з ъ м н а е т а н о л а в о р г а н и з м а н а ч о в е к а
Специацията е низ от компромиси, произтичащи от
- Проблеми при екстракцията на химичните видове
- Проблеми със запазване на химичната форма на аналитите
- Проблеми с оптимизиране съчетанието на хроматографско разделяне с
подходящите методи за детекция и идентифизиране
-Проблеми при потвърждаване на идентифициранетосъс стандартни
вещества
- Проблеми със запазване на химичната форма
- Постигане на нужната чувствителност и вярност
Няма универсален подход.

24. Крум БърдаровКрум Бърдаров
Докторантска ТЕЗАДокторантска ТЕЗА Благодаря.Благодаря.