代谢物组学是涉及代谢产物的化学过程的科学研究。具体而言，代谢物组学是“对特定的细胞过程遗留下的特殊化学指纹的系统研究”，对它们的小分子代谢产物的整体研究。代谢物组定义为在一个生物细胞，组织，器官或生物体中所有的代谢产物的集合，而这些代谢物是此生物体基因表达的最终产物。因此，当信使RNA基因表达的数据和蛋白质组学的分析无法描述细胞体内的所有生理活动的时候，对代谢分析可以获得该细胞生理学的一个瞬时快照。系统生物学和功能基因组学的挑战之一是整合蛋白质组学的，转录组学的和代谢物组学的信息以更好地理解细胞生物学。
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代谢物组是指在一个生物样品中发现的完整的一套小分子化学物质。所述生物样品可以是一个细胞，一个细胞器，一个器官，一个组织，一个组织提取物，一个生物流体或整个生物体。在给定的代谢物组发现的小分子的化学物质可能既包括内源性代谢物，它们是由生物体天然产生的，又包括外源化学物质，它们不是由生物体天然产生的。换句话说，代谢物组既有内源性代谢物组又有外源性代谢物组。内源性代谢物组可进一步细分为包括“初级代谢产物”的和“次级代谢产物”的代谢物组。初级代谢产物是直接参与正常的生长，发育和繁殖。次级代谢产物并不直接参与这些过程，但通常具有重要的生态功能。次级代谢产物可能包括色素，抗生素或部分生物异源物质代谢废物的衍生产品。一个小分子有资格作为一种代谢物，或者被认为是代谢物组的一部分，必须通常具有分子量<1500道尔顿。这意味着例如糖脂，多糖，短肽和小的寡核苷酸的分子可以视为代谢物质或代谢物组的成分。另一方面，非常大的高分子，如蛋白质，MRNA，核糖体RNA，微RNA和脱氧核糖核酸绝对不是代谢物质，并且不被认为是代谢物组的一部分。代谢物组的研究被称为代谢物组学。
组学通常指生物学中对各类研究对象的集合所进行的系统性研究，例如，基因组学、蛋白质组学，和代谢物组学等，而这些研究对象的集合被称为组。在英文中，“组”以-ome作为后缀，而“组学”以-omics作为后缀。例如，基因组学是系统性研究生物体基因组中各种基因以及它们之间的相互关系的学科。
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