分子生物網(wǎng)絡(luò)分析-第3章-生物網(wǎng)絡(luò)特征及分類

第三章生物網(wǎng)絡(luò)特征及分類教師：辦公室：外語學館412室前節(jié)回顧2.1規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型前節(jié)回顧2.2隨機網(wǎng)絡(luò)模型前節(jié)回顧2.3小世界網(wǎng)絡(luò)模型前節(jié)回顧2.4無標度網(wǎng)絡(luò)模型前節(jié)回顧2.5局域世界演化模型前節(jié)回顧2.6模塊性與等級網(wǎng)絡(luò)前節(jié)回顧2.7超家族前節(jié)回顧2.8復雜網(wǎng)絡(luò)的自相似性學習目標掌握生物網(wǎng)絡(luò)的基本特征。掌握構(gòu)建生物分子網(wǎng)絡(luò)模型的方法。掌握分析分子網(wǎng)絡(luò)的理論知識。主要內(nèi)容3.1引言3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例2008年6月27日召開的網(wǎng)絡(luò)科學國際會議上，美國賓夕法尼亞州立大學副教授發(fā)表題為“生物網(wǎng)絡(luò)：發(fā)現(xiàn)、分析和建模型”的報告，介紹了網(wǎng)絡(luò)科學與系統(tǒng)生物學交叉領(lǐng)域的三個重大研究課題。發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)：即在一個生物實體集合中構(gòu)建相互作用的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)分析：即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的收集和挖掘動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型：即建立交互網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)動態(tài)行為之間的關(guān)系。發(fā)生生物網(wǎng)絡(luò)并用網(wǎng)絡(luò)圖來描述的典型案例。發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例《黃帝內(nèi)經(jīng)》描述人體12條經(jīng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)圖。發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例Darwin描述物種進化的網(wǎng)絡(luò)圖1837年，Darwin在他的引一部書稿中描述物種進化采用了樹形網(wǎng)絡(luò)圖。發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例Crick描述細胞遺傳信息流的網(wǎng)絡(luò)圖1953年，F(xiàn)rancisCrick與Watson和Wilkins發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，共同獲得了1962年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。1958年Crick提出“中心法則”描述細胞遺傳信息流的網(wǎng)絡(luò)圖。發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例生物學面臨的新挑戰(zhàn)人類基因組計劃的結(jié)果使生物科學面臨新挑戰(zhàn)。1986年R.Dullance提出。1990年，美國政府正式啟動此項計劃。生物學面臨的新挑戰(zhàn)人類基因組計劃主要包括四項基因組圖譜的作圖任務(wù)：1.遺傳圖譜2.物理圖譜3.基因圖譜4.序列圖譜生物學面臨的新挑戰(zhàn)2000年，人類基因組草圖的基本信息：人類基因組：由31.65億個堿基對組成，3~3.5萬個基因，與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的基因占2%左右。人類蛋白質(zhì)：61%與果蠅同源，43%與線蟲同源，46%與酵母同源。生物學面臨的新挑戰(zhàn)2004年，人類基因組計劃所屬的國際人類基因組測序聯(lián)合工作組織宣布了一項新的人類基因數(shù)估計數(shù)據(jù)：約為2~2.5萬個基因。2005年，發(fā)表黑猩猩基因組草圖指出：人類和黑猩猩的基因同源性高達98%~99%。在基因數(shù)、基因結(jié)構(gòu)與功能、染色體與基因組構(gòu)造上幾乎相同。生物學面臨的新挑戰(zhàn)生物學面臨的新挑戰(zhàn)生物學面臨的最大挑戰(zhàn)是如何解釋各物種間基因組上的相似與功能上的巨大差異。在基因組水平上恐怕很難完成。借助在系統(tǒng)生物學、蛋白質(zhì)組、人類相互作用組、代謝組、癌癥基因組、遺傳信息網(wǎng)絡(luò)、表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)等生物科學新領(lǐng)域的研究有可能解釋。生物學面臨的新挑戰(zhàn)國際上部分重要的研究領(lǐng)域1.系統(tǒng)生物學2.癌癥基因組計劃3蛋白質(zhì)組學為網(wǎng)絡(luò)科學帶來重大發(fā)展機遇為網(wǎng)絡(luò)科學帶來重大發(fā)展機遇1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展2.蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進展3.遺傳信息網(wǎng)絡(luò)的研究進展4.表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)的研究進展1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展（1）針對單一靶標的基因療法的挫折免疫系統(tǒng)疾?。河行┬∧泻⒌拿庖呦到y(tǒng)生來就缺乏一種重要的基因，他們對一些常見的傳染病特別敏感，甚至會因為普通的感冒而夭折。1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展1999年，全世界首例將基因療法運用于人類，引起普遍關(guān)注。2002年，發(fā)現(xiàn)這種治療引發(fā)了致命的白血病。2003年，發(fā)現(xiàn)多例，暫停基因療法。1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展（2）利用基因網(wǎng)絡(luò)的概念研究針對多重靶標及與血液干細胞等療法相結(jié)合的基因療法。2008年，美國圣地亞哥神經(jīng)科學研究所RalphGreenspan教授指出：1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展“在系統(tǒng)生物中即便是發(fā)生十分微小的變化，基因網(wǎng)絡(luò)都會對其做出反應(yīng)，且做出反應(yīng)的基因數(shù)量遠遠超過科學家原本的預(yù)想，其效果也并非簡單的線性疊加，有時甚至難以預(yù)測?！?.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展單一靶標基因療法可能給人體帶來傷害，甚至使人體更加偏離正常狀態(tài)。引入基因網(wǎng)絡(luò)的概念，采用能夠針對多重靶標的療法，或者與血液干細胞等療法相結(jié)合，將能夠更加有效地治療各種疾病。1.基因網(wǎng)絡(luò)的研究進展（3）尋找與疾病相關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)美國的科學家近來利用一種新的“基因?qū)ふ摇奔夹g(shù)，分別在小鼠和人類身上確定也了與肥胖有關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)，這比追蹤單個致病基因的傳統(tǒng)方法要全面得多，相關(guān)兩篇論文發(fā)表在Nature上。2.蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進展人類基因組計劃完成后，許多科學家認為下一步工作應(yīng)該是研究生物系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學。這比研究基因組學復雜得多。每個生物體的基因組通常是一個常數(shù)，而每個生物體的各種細胞的蛋白質(zhì)組卻不是一個常數(shù)。2.蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進展因為不同細胞類型的基因表達不同，即每個細胞的蛋白質(zhì)組種類和數(shù)量都需要測定。近年來，一些科學家開始認為人類和果蠅等簡單生物的巨大差別不在于基因數(shù)量，而在于他們體內(nèi)蛋白質(zhì)相互作用的數(shù)量。2.蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進展一些科學家將人體蛋白質(zhì)相互作用的總數(shù)稱為“人類相互作用組”，意在與人類基因組相比較。有人設(shè)計一種新的數(shù)學方法，利用相關(guān)數(shù)據(jù)就能夠估計出一個生物體蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。2.蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進展結(jié)果顯示，人體內(nèi)蛋白質(zhì)相互作用的數(shù)量大約為65萬。是果蠅的10倍。是單細胞酵母等的20倍。3.遺傳信息網(wǎng)絡(luò)的研究進展對于遺傳信息傳遞及表達的研究成果是20世紀生物學所取得的最重要的突破之一。其中，關(guān)鍵是破譯遺傳密碼。第一遺傳密碼：序列-序列第二遺傳密碼：序列-構(gòu)象第三遺傳密碼：構(gòu)象-構(gòu)象3.遺傳信息網(wǎng)絡(luò)的研究進展第三密碼其要點是核酸與其編碼蛋白質(zhì)在空間結(jié)構(gòu)上的相關(guān)性，“構(gòu)象決定構(gòu)象”，又稱“空間密碼”。多層次的復雜的遺傳信息的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是遺傳過程必要且充分的過程。4.表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)的研究進展表觀遺傳學及表觀遺傳組學已成為當前各務(wù)生物學研究的熱點之一，它屬于中國國家自然科學基金“十一五”學科發(fā)展戰(zhàn)略和優(yōu)先資助領(lǐng)域的項目。表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)在高等生物的正常生長發(fā)育過程中起著與遺傳學機制同等重要的作用。4.表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)的研究進展表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)的破壞，亦佳導致包括腫瘤、神經(jīng)疾病、心血管疾病、老年化過程、以及自身免疫性疾病等多種疾病。表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)在人類重要疾病發(fā)生和發(fā)展過程中有著重要的作用。3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介近年來，科學家對許多生物分子網(wǎng)絡(luò)進行了實證研究，根據(jù)研究結(jié)果總結(jié)出多種生物分子網(wǎng)絡(luò)存在如下一些普遍性質(zhì)。3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介人類疾病網(wǎng)絡(luò)3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介代謝網(wǎng)絡(luò)3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)3.2生物網(wǎng)絡(luò)特征簡介生物分子網(wǎng)絡(luò)具有稀疏性生物分子網(wǎng)絡(luò)具scale-free性質(zhì)生物分子網(wǎng)絡(luò)具有超小世界性生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)生物分子網(wǎng)絡(luò)具有度的負關(guān)聯(lián)性生物分子網(wǎng)絡(luò)具有一定的魯棒性和適應(yīng)性1.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有稀疏性如果網(wǎng)絡(luò)大小為N，邊數(shù)的復雜度為O(N)，而不是O(N2)生物網(wǎng)絡(luò)的稀疏性的實質(zhì)：是生物在長期進化過程中達到某種優(yōu)化的表現(xiàn)結(jié)果。2.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有scale-free性質(zhì)普遍的生物學機制：度分布的無標度性質(zhì)是生物分子網(wǎng)絡(luò)的一個重要拓撲特性例如，在蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)中：就可以用基因復制來解釋高連接度節(jié)點的形成。2.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有scale-free性質(zhì)解釋：復制的基因制造出與同一個蛋白質(zhì)對象相互作用的相同的蛋白質(zhì)；每個與復制的蛋白質(zhì)聯(lián)系的蛋白質(zhì)便獲得了一條額外的邊；原來高度連接的蛋白質(zhì)更易于與復制的蛋白質(zhì)相連接，更易于獲得新的邊；具有高連接的節(jié)點便產(chǎn)生，使網(wǎng)絡(luò)的度分布具有無標度特性。2.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有scale-free性質(zhì)無標度網(wǎng)絡(luò)的顯著特點：多數(shù)節(jié)點有少量連接，少數(shù)節(jié)點有大量連接。這種特性表明：生物分子網(wǎng)絡(luò)擁有動態(tài)過程，少數(shù)節(jié)點所代表的生物分子起到關(guān)鍵作用。2.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有scale-free性質(zhì)例如：在對真核細胞和細菌的研究中發(fā)現(xiàn)，細胞的新陳代謝有著無標度的拓撲屬性；在代謝反應(yīng)中：多數(shù)的代謝酶解物僅參與了1個或2個反應(yīng)，而少數(shù)幾個酶解物則參與了眾多反應(yīng)，發(fā)揮著代謝中樞的作用。3.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有超小世界性小世界網(wǎng)絡(luò)：是指有短的平均路徑長度較大的平均聚類系數(shù)的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)實生活中的網(wǎng)絡(luò)普遍：具有小世界特性。萬維網(wǎng)、社會關(guān)系網(wǎng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)許多生物分子網(wǎng)絡(luò)3.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有超小世界性許多生物分子網(wǎng)絡(luò)：平均路徑比一般小世界平均路徑還要短。有的學者還提出這是一種超小世界的性質(zhì)，下表中可見不少生物分子網(wǎng)絡(luò)具有超小世界性。3.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有超小世界性超小世界效應(yīng)最先發(fā)現(xiàn)：在細胞內(nèi)新陳代謝的研究中。平均通過3或4個反應(yīng)的路徑就能夠連接多數(shù)成對的代謝物，短的路徑長度表明，對代謝物濃度的局域擾動能夠迅速地遍及整個網(wǎng)絡(luò)。由此可見，具有超小世界效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)更便于生物信息在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間得到迅速傳播。4.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聚類性可以通過聚類系數(shù)C來反映。層次網(wǎng)絡(luò)的定量特性：可以用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個重要的測度函數(shù)來表征。通過規(guī)則模塊反復迭代的形式不斷繁殖，繼而生成層次結(jié)構(gòu)的方式可以構(gòu)建出一種層次網(wǎng)絡(luò)。4.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建的層次網(wǎng)絡(luò)，它的聚類系數(shù)C依賴于節(jié)點度k，并且成反比關(guān)系，即說明低度值的節(jié)點有著較高的聚類系數(shù)，屬于聯(lián)系緊密的小模塊。高度連接的中樞節(jié)點其聚類系數(shù)卻較低，它們的角色是在不同的模塊間建立起連接。4.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)數(shù)值表明，許多生物分子網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)滿足：結(jié)果表明：生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)。4.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)生物分子網(wǎng)絡(luò)大致上分成四個層次：節(jié)點模體功能模塊網(wǎng)絡(luò)4.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有層次結(jié)構(gòu)功能模塊：是對生物分子網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同運作實現(xiàn)相對獨立生物功能的一組節(jié)點模塊在生物分子網(wǎng)絡(luò)普遍存在至今沒有很好的方法來尋找生物分子網(wǎng)絡(luò)中的功能模塊5.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有度的負關(guān)聯(lián)性度的負關(guān)聯(lián)性；具有度大的節(jié)點趨向于連接度小的節(jié)點的特點例如，在蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)中：度非常大的蛋白質(zhì)節(jié)點不直接相連與度比較小的蛋白質(zhì)節(jié)點相連接5.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有度的負關(guān)聯(lián)性一個網(wǎng)絡(luò)的度負關(guān)聯(lián)性：按照圖論的理論和最近的網(wǎng)絡(luò)理論，用最鄰近域平均度為度k的概率knn(k)來刻畫Pearson相關(guān)系數(shù)r來刻畫。5.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有度的負關(guān)聯(lián)性網(wǎng)絡(luò)具有度負關(guān)聯(lián)性：knn(k)是k的單調(diào)遞減函數(shù)或Pearson相關(guān)系數(shù)r<0但對生物分子網(wǎng)絡(luò)度的負關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的生物學機制還在不斷的探索中。6.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有一定的魯棒性和適應(yīng)性大量實驗表明，具有冪律度分布的生物分子網(wǎng)絡(luò)具有魯棒性：即對于外界環(huán)境的變化或者內(nèi)部個體之間的不相容有著一定的承受能力，這與生物分子網(wǎng)絡(luò)無標度的拓撲性質(zhì)息息相關(guān)。6.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有一定的魯棒性和適應(yīng)性生物學上：通過對Cerevisiae和Coil的移除分析已經(jīng)證實擁有不同度值的節(jié)點對移除表型的影響差異很大。當移除網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)非關(guān)鍵節(jié)點基因時，幾乎沒有明顯的表型影響。6.生物分子網(wǎng)絡(luò)具有一定的魯棒性和適應(yīng)性生物分子網(wǎng)絡(luò)具有魯棒性的同時，也就具有適應(yīng)性。當外界環(huán)境發(fā)生變化時，也表現(xiàn)出適應(yīng)性，這些性質(zhì)的產(chǎn)生機制都是目前研究的重點。3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法生物分子實際網(wǎng)絡(luò)：根據(jù)生物分子網(wǎng)絡(luò)的以上實證特性，能否給出一個數(shù)學模型構(gòu)建方法來比較好地模擬，是從理論上開展對生物系統(tǒng)研究關(guān)鍵性的一步。通常稱這個建模過程為生物分子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程。3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法從現(xiàn)有情況來看，有三種構(gòu)建方法。1.成熟數(shù)據(jù)：構(gòu)造出所要研究的相對比較可靠的生物分子網(wǎng)絡(luò)，然后直接用于有關(guān)生物問題的研究。3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法2.尚不完整的數(shù)據(jù)：從數(shù)據(jù)庫和文獻中查找解決數(shù)據(jù)量不夠的問題合理處理為自于不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)問題提出構(gòu)建生物分子網(wǎng)絡(luò)的理論方法3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法生物分子網(wǎng)絡(luò)的理論方法：通常是建立在基于優(yōu)化思想的各種算法，用算法建立網(wǎng)絡(luò)并預(yù)測各種相互作用，其中一些關(guān)鍵作用還要用實驗加以驗證。用這樣的過程構(gòu)建的生物分子網(wǎng)絡(luò)作為理論研究的基礎(chǔ)。3.3生物分子網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法3.生物學進化論的基本原理：兩個基本原理：復制(duplication)和變異(divergence)。如何構(gòu)建可以包含所有實證結(jié)果生物分子網(wǎng)絡(luò)上目前研究的重點。然而這樣得到的一般理論框架如何用來討論具體生物問題至今還是不清楚的。3.4生物分子網(wǎng)絡(luò)分類基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡(luò)代謝網(wǎng)絡(luò)表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)人類疾病網(wǎng)絡(luò)3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是21世紀生物學研究的一個重要課題。統(tǒng)計1950-2008年有關(guān)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的論文數(shù)量，近年來明顯的增長趨勢。3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究：每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功能基因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜性層次上的動力學機制和行為在細胞和組織層次從基因到信號路徑等各種問題3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)遺傳學假說：基因處于穩(wěn)定及無相互作用的分離狀態(tài)?；?qū)?yīng)于某一種蛋白質(zhì)完成某一種特定遺傳功能近年來，科學家發(fā)現(xiàn)上述假說是錯誤的，重視研究遺傳網(wǎng)絡(luò)。3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)大型遺傳網(wǎng)絡(luò)的全局模型：知道一個生物體的所有細節(jié)準確建立目前不可能完全做到這一點。研究遺傳網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)從分子水平認識細胞組織的功能3.4.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)遺傳網(wǎng)絡(luò)的底層局部模型高層次綜合模型網(wǎng)絡(luò)的全局功能簡化的模型1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)GRN,generegulatorynetwork遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、遺傳網(wǎng)絡(luò)geneticregulatory\geneticnetworkGRN組成：一個細胞中相互聯(lián)系的若干DNA片段組成，間接地與RNA和蛋白質(zhì)表達產(chǎn)生相互作用還有與其物質(zhì)相互作用調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄或mRNA速率一般來說，每個mRNA分子可生成一個或一類特異的蛋白質(zhì)。1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)GRN是研究者在長期科研實踐中，綜合分析某一生物學系統(tǒng)的各種文獻后，推斷出來并構(gòu)建的一種生物網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)生化反應(yīng)知識的集中、抽象和升華。1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)某些情況下，蛋白質(zhì)可以：積聚在細胞外壁或細胞內(nèi)組成特定的結(jié)構(gòu)具有功能其他情況下，蛋白質(zhì)可以：生成酶并催化各種生物化學反應(yīng)某些蛋白質(zhì)具有激活其他基因的功能1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)作為轉(zhuǎn)錄因子成為GRN的主要組成部分結(jié)合到被激活的基因的啟動子區(qū)域目的基因便開始轉(zhuǎn)錄形成蛋白質(zhì)產(chǎn)物其他一些轉(zhuǎn)錄因子則被抑制1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)單細胞生物體的GRN可以應(yīng)對外部環(huán)境變化，使其在特定時間內(nèi)適應(yīng)所處環(huán)境得以生存。例如：酵母細胞發(fā)現(xiàn)自己處在糖溶液時，激活一些基因來產(chǎn)生酶，以便將糖分解為乙醇。此過程與釀酒相似，可使酵母細胞得以存活并獲得繁殖后代所需要的能量，提高其生存能力。1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)意大利RobertoSerra教授將GRN網(wǎng)絡(luò)簡稱為遺傳網(wǎng)絡(luò)。他認為GRN包括：不只包括基因蛋白質(zhì)、化學反應(yīng)產(chǎn)物等給出簡單示意圖1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)2.基因表達及其多層次調(diào)控基因表達的研究大致分為兩類：對GRN結(jié)構(gòu)和動力學機制分析識別對生物體基因整體表達水平的實驗數(shù)據(jù)進行歸納整理。前者涉及網(wǎng)絡(luò)動力學理論的應(yīng)用后者采用各種統(tǒng)計和聚類方法2.基因表達及其多層次調(diào)控對GRN的基因表達研究涉及在蛋白質(zhì)合成過程中實施調(diào)控的復雜過程，主要包括如下內(nèi)容：DNA→RNA→mRNA→protein→modifiedprotein2.基因表達及其多層次調(diào)控2.基因表達及其多層次調(diào)控基因的表達是可控制及多層次的，主要有4個調(diào)控層次。通常是用上一層次的基因產(chǎn)物來調(diào)控下一層次基因的表達。3.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點從生物網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，GRN包括下列6種控制節(jié)點：3.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能在生物體的每一個細胞中，GRN是DNA、RNA，mRNA和蛋白質(zhì)之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)，各細胞的GRN基本上都是相同的。4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能圖5.5是一個最小的GRN的基因結(jié)構(gòu)框圖，它是整個生物體的遺傳網(wǎng)絡(luò)的一個基因組成單元。4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能簡單地說，GRN可以被看作是一個細胞輸入輸出設(shè)備。一個GRN至少包括下列組成部分：1.輸入信號的接收系統(tǒng)（矩形表示）及細胞內(nèi)部和外部信號的傳導系統(tǒng)，不止一個信號輸入，而且影響到某一個靶基因。4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能2.一個GRN的核心部分（用圓形表示），包括功能類似的一些基因組成部分，由調(diào)控蛋白質(zhì)與同類物順式作用的DNA序列合成的復雜物質(zhì)結(jié)構(gòu)。3.GRN中的一些靶基因產(chǎn)生的初始輸出，包括變化了的RNA和蛋白質(zhì)。4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能4.GRN的最終輸出，主要是網(wǎng)絡(luò)對細胞結(jié)構(gòu)和行為的改變，這種改變是不斷變化的。最終輸出還可產(chǎn)生直接（實線）和間接（虛線）的信號響應(yīng)和反饋，可對GRN起到很重要的作用。4.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基因結(jié)構(gòu)和功能GRN的節(jié)點是：基因、蛋白質(zhì)、其相應(yīng)的mRNA、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的復合物。GRN的節(jié)點隨時間的變化過程可以用一個函數(shù)來描