第十四講蛋白質(zhì)組學

第十四講蛋白質(zhì)組學第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二一、基本概念：基因組(genome)：一個細胞或者生物體所攜帶的全部遺傳信息。指細胞或生物體內(nèi)一套完整“單倍體”遺傳物質(zhì)的總和，是由基因和基因外的核苷酸序列組成的?；蚪M學：在全基因水平上探索生命的本質(zhì)規(guī)律性的學科。1986年ThomasRoderrick提出“基因組學”的概念。人類基因組計劃（HGP）：人類全部基因序列的分析，是基因組學研究重要標志1986年提出，1990.10啟動，23條染色體，約3.0×109bp，預計15年完成。1998年（6%），2001年（1/3），2003年提前完成序列的測定，（2.0~2.5）萬基因。中國科學院遺傳研究所人類基因組中心參與國際人類基因組計劃，人類第3號染色體短臂DNA序列的測定，3.84×108bp。達到國際人類基因組計劃協(xié)作組對“完成圖”的要求。2003年4月15日，美、英、日、法、德、中6國領(lǐng)導人聯(lián)名聯(lián)合聲明，宣告人類基因組計劃圓滿完成。

——我國達到國際先進水平宏基因組學：人體腸道元基因組研究，揭示了腸道內(nèi)微生物基因的多樣性及其與疾病易感性和藥物反應等相關(guān)的重要因素。第一節(jié)概述第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu)基因組學、功能基因組學、蛋白質(zhì)組學的概念：為了揭示整個基因組轉(zhuǎn)錄、翻譯與產(chǎn)物之間的調(diào)控關(guān)系。在基因組研究的基礎(chǔ)上提出多層次的“組學”概念，……結(jié)構(gòu)基因組學：結(jié)構(gòu)基因組：生物的全部基因組DNA序列。結(jié)構(gòu)基因組學：基因的遺傳圖和物理圖制作，最終完成人類和其他重要模式生物的全部基因組DNA序列的測定和比較分析的學科。即：基因組靜態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)律性的分析，包括：不同物種之間的基因比較和基因組多態(tài)性分析。功能基因組學：功能基因組：細胞內(nèi)所有具有生物學功能的基因，即表達一定功能的全部基因所組成的DNA序列，包括編碼基因和調(diào)控基因。功能基因組學：研究基因組中功能基因的的學科。通過基因組及其功能基因組的研究，闡明整個基因組及其轉(zhuǎn)錄、翻譯及產(chǎn)物關(guān)系的學科?！到y(tǒng)地破譯遺傳密碼——蛋白質(zhì)組學蛋白質(zhì)組：指一個基因組、一個細胞或一種生物表達的所有蛋白質(zhì)及其存在方式。蛋白質(zhì)組學：以蛋白質(zhì)組為研究對象，從整體蛋白質(zhì)水平研究生命活動的本質(zhì)規(guī)律和探索疾病發(fā)生機制的學科。第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二

基因組學與蛋白質(zhì)組學的關(guān)系基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組代謝組

針對生物體不同角度的整體思想

組間是相互聯(lián)系的，統(tǒng)一于生物體——系統(tǒng)性系統(tǒng)生物學第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二基因組學面臨的挑戰(zhàn)隨著人類基因組計劃的實施和推進，以及很多物種的基因組測序，生命科學研究已進入后基因組時代。但通過基因組的序列，無法闡明它所編碼的蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和功能。尚不能從蛋白質(zhì)水平上反映生命的本質(zhì)。例如：

（1）基因是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的“藍本”，攜帶著遺傳信息，僅憑細胞內(nèi)mRNA的信息還不能預見基因的產(chǎn)物—蛋白質(zhì)的信息。（2）僅靠基因組序列——無法回答生物體內(nèi)外環(huán)境與基因的表達關(guān)系。蛋白翻譯后修飾、剪接和加工等過程。蛋白質(zhì)翻譯后修飾、結(jié)構(gòu)形成、蛋白質(zhì)分子間或與其它分子間的相互作用關(guān)系等。蛋白質(zhì)本身的存在形式和變化規(guī)律，如翻譯后修飾、蛋白質(zhì)間相互作用以及蛋白質(zhì)構(gòu)象等問題。回答這些問題：還需要依賴于直接對蛋白質(zhì)進行研究。闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)，僅僅依靠基因組學研究是不夠的，提出了…第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)組學的產(chǎn)生和思想是時代發(fā)展的要求和產(chǎn)物：

20世紀90年代中期，產(chǎn)生了蛋白質(zhì)組學(proteomics)，由于人類基因組計劃的實施和發(fā)展，生命科學研究已進入后基因組時代。研究生命現(xiàn)象，闡述生命活動的規(guī)律，只了解基因組的結(jié)構(gòu)是不夠的，還必須對生命活動的直接執(zhí)行者——蛋白質(zhì)(數(shù)量、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互關(guān)系和生物學功能)進行全面深入的研究。傳統(tǒng)的研究方式（對單個蛋白質(zhì)研究）已無法滿足后基因組時代的。一個以“蛋白質(zhì)組”為研究對象的生命科學的新時代誕生了。蛋白質(zhì)組學的思想是在生物體或其細胞的“整體”蛋白質(zhì)水平上來揭示和闡明生命活動的基本規(guī)律，而不是局限于一個或幾個蛋白質(zhì)。

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二、蛋白質(zhì)組學發(fā)展的重要標志（1）高分辨雙向凝膠電泳(2-DE)技術(shù)的建立20世紀70年代Farrell和Klose各自創(chuàng)建了蛋白質(zhì)“高分辨”雙向凝膠電泳(twodimensionalgelelectrophoresis，2-DE)。Farrel對大腸桿菌細胞抽提物進行雙向電泳，分離到1100個蛋白質(zhì)組分，從此拉開了蛋白質(zhì)組研究的序幕。為蛋白質(zhì)組學產(chǎn)生的技術(shù)保障。（2）蛋白質(zhì)組計劃的提出(蛋白質(zhì)組學思想的產(chǎn)生)20世紀80年代初，基因組計劃提出前，曾有人提出“蛋白質(zhì)組計劃”，當時稱為HumanProteinIndex計劃，旨在分析細胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)。由于種種原因，這一計劃被擱淺，并未實施。

——思路的提出，非常重要——時機也很重要。七個方面技術(shù)的進步思想的進步第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（3）蛋白質(zhì)組(proteome)的提出：蛋白質(zhì)組學誕生的標志1994年，澳大利亞兩位學者（悉尼Macquarie大學學生Wilkins和他的老師William）試圖使用一個合適的術(shù)語描述“一個基因組所表達的全體蛋白質(zhì)”。1994年年9月，他們在意大利召開的一個學術(shù)會議上首次提出了蛋白質(zhì)組(proteome)這個新造的詞。1995年7月，《Electrophoresis》雜志上第一次刊登了第一篇蛋白質(zhì)組學研究的論文。從此，蛋白質(zhì)組研究的進展十分迅速不論基礎(chǔ)理論還是技術(shù)方法，都在不斷進步和完善。多種細胞的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫已經(jīng)建立，相應的國際互聯(lián)網(wǎng)站層出不窮第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（4）蛋白質(zhì)組研究機構(gòu)的成立1996年，澳大利亞建立了世界上第一個蛋白質(zhì)組研究中心。丹麥、加拿大、日本也先后成立了蛋白質(zhì)組研究中心。在巨大財力的支持下，在美國各大藥廠和公司，也紛紛加入了蛋白質(zhì)組的研究行列。

2001年4月，在美國成立了國際人類蛋白質(zhì)組組織，隨后歐洲、亞太地區(qū)都成立了區(qū)域性蛋白質(zhì)組研究組織，試圖通過合作方式，融合各方面力量，完成人類蛋白質(zhì)組計劃，在2002年和2003年陸續(xù)啟動了人類血漿、肝臟和腦蛋白質(zhì)組的研究。促進了蛋白質(zhì)組學研究和技術(shù)的進步。在生命科學領(lǐng)域，蛋白質(zhì)組學研究形成了國際熱點第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（5）三大技術(shù)突破：等點聚集電泳技術(shù)——2-DE核心技術(shù)之一

20世紀80年代固相化pH梯度凝膠電泳(IPG)技術(shù)的發(fā)明和完善，改善了雙向凝膠電泳的重復性和上樣量。生物大分子質(zhì)譜技術(shù)

20世紀80年代后期，電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)和基質(zhì)輔助的激光解吸飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)技術(shù)的發(fā)明，及其在蛋白質(zhì)分析中的成功應用。圖像和數(shù)據(jù)庫分析技術(shù)： 蛋白質(zhì)雙向電泳圖譜的數(shù)字化和分析軟件的問世，不但使得不少物種的雙向電泳和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫相繼建立和完善，而且促進了蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)手段日漸完善。第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（6）關(guān)于蛋白質(zhì)組與基因組的新認識：蛋白質(zhì)組是動態(tài)的過程，基因組是相對恒定的。 一個基因并不只存在一個相應的蛋白質(zhì)，可能會有幾個，甚至幾十個。

（酶原—酶、蛋白質(zhì)修飾、酶切片段：如C3—C3、C3a、C3b、C3c、C3d）蛋白質(zhì)的表達（什么情況表達什么樣的蛋白質(zhì)），不僅取決于基因，還與機體所處的內(nèi)外環(huán)境以及機體本身的生理狀態(tài)有關(guān)?；虿皇侵苯記Q定一個蛋白功能，往往是通過基因的轉(zhuǎn)錄、表達產(chǎn)生一個蛋白質(zhì)前體，再進行加工、修飾，才成為具生物活性的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)要通過一系列的運輸過程，到達組織細胞內(nèi)適當?shù)奈恢貌拍馨l(fā)揮正常的生理作用?；虿荒芡耆珱Q定蛋白質(zhì)后期加工、修飾以及轉(zhuǎn)運定位的全過程，這些過程中的任何一個步驟發(fā)生細微的差錯，即可導致機體的疾病。第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（7）蛋白質(zhì)組研究的重大成就紐約Rockefeller大學的細胞和分子生物學家Gun-terBlobel博士在“蛋白質(zhì)內(nèi)在的信號分子、調(diào)節(jié)自身的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運和定位”的研究上取得卓越的成就，獲得了1999年諾貝爾醫(yī)學獎和生理學獎。蛋白質(zhì)自剪接及其機理近年來發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)間亦存在類似于mRNA分子內(nèi)的剪接，具有自身特有的活動規(guī)律。這種自主性—不能—從基因編碼序列中—預測，而只能對其最終的功能蛋白進行分析。第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二（8）綜上所述：基因是遺傳信息的源頭．而蛋白是基因功能的執(zhí)行體?；蚪M計劃的實現(xiàn)，為生物體全部基因序列的確定、為未來生命科學研究奠定了堅實的基礎(chǔ)，但不能提供認識各種生命活動直接的分子基礎(chǔ)，必須研究生命活動的執(zhí)行體

——蛋白質(zhì)這一重要環(huán)節(jié)。蛋白質(zhì)組學——重點研究生命活動的執(zhí)行體（蛋白質(zhì)）這一環(huán)節(jié)，是闡明生命活動本質(zhì)不可缺少的、比基因組研究更復雜的后續(xù)部分，蛋白質(zhì)組學—將成為21世紀生命科學研究的主要任務。提出了合成生物學理念——世界之熱點第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二三、蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容蛋白質(zhì)組：是一個整體概念，不同于孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。蛋白質(zhì)組學(proteomics)：是從整體上研究細胞或組織內(nèi)，特定的時間和空間內(nèi)全部蛋白質(zhì)的組成及其相互作用規(guī)律的學科。是一項系統(tǒng)性的多方位的科學研究和探索。是應用二維電泳、質(zhì)譜、生物醫(yī)學信息學等技術(shù)研究全套蛋白質(zhì)在復雜的細胞環(huán)境中的功能。蛋白質(zhì)組學分類（按研究內(nèi)容）表達蛋白質(zhì)組學(proteinexpressionproteomics)

在不同機體狀態(tài)中，細胞或組織中，全部蛋白質(zhì)的表達及其變化規(guī)律的研究。細胞圖譜蛋白質(zhì)組學(cellmappingproteomics)。主要研究蛋白質(zhì)間的相互作用，以明確細胞間信號轉(zhuǎn)導通路的復雜機制。蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容：主要包括7個方面 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)功能、蛋白質(zhì)的豐度變化、蛋白質(zhì)修飾、蛋白質(zhì)分布、蛋白質(zhì)的相互作用、蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)性等。第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是一種生物大分子，具有三維空間結(jié)構(gòu)，執(zhí)行復雜的生物學功能。蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)一般分為一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩類。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(prlmarystruture)即蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序(sequence)，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。它是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)：指蛋白質(zhì)分子的多肽鏈經(jīng)折疊和盤曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，它包括蛋白質(zhì)的二級、三級和四級結(jié)構(gòu)。在組學水平上，解析和闡明蛋白一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

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2、蛋白質(zhì)功能自然界種類繁多的蛋白質(zhì)，決定了生物學功能的多樣性，作為生命物質(zhì)基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)——是生物功能的載體。蛋白質(zhì)的生物學功能：主要體現(xiàn)在以下7個方面： ①具有生物催化功能； ②具有調(diào)節(jié)功能； ③具有運輸功能； ④具有運動功能； ⑤可作為機體的結(jié)構(gòu)成分； ⑥具有防御和保護功能； ⑦可作為生物體發(fā)育和生長的營養(yǎng)物質(zhì)。蛋白質(zhì)功能不是孤立的、只有通過相互作用，才能發(fā)揮蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)組水平上，全面理解蛋白質(zhì)的生物學功能和聯(lián)系第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二3、蛋白質(zhì)的豐度變化通過對各種蛋白質(zhì)的識別和定量化，對不同狀態(tài)細胞的蛋白質(zhì)差異表達進行比較。如：不同時間和環(huán)境條件下，蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)表達的相對含量的變化。第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二4、蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對闡明蛋白質(zhì)的功能具有重要作用。很多mRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的蛋白質(zhì)要經(jīng)歷翻譯后修飾（如磷酸化、糖基化、酶原激活等）。如：蛋白激酶的磷酸化和去磷酸化翻譯后修飾是蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)功能的重要方式，在生物功能調(diào)節(jié)中起重要作用。

5、蛋白質(zhì)分布不同發(fā)育、生長期和不同生理、病理條件下，不同的細胞類型的基因表達是不一致的。細胞和組織的分化——執(zhí)行特定功能。如：TCell和BCell—介導細胞免疫和體液免疫—表達蛋白差異。因此，對蛋白質(zhì)表達的研究應該精確到細胞甚至亞細胞水平。

第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二6、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用細胞的任何活動都需要蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與其它分子的相互作用。對于闡明細胞乃至整個生命活動的分子作用機制具有重要的意義。蛋白質(zhì)相互作用是蛋白質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)。激素—受體：調(diào)控一系列過程，執(zhí)行特定的功能；B細胞激活、分化產(chǎn)生抗體的過程。蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二7、蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)性蛋白質(zhì)組學成為尋找疾病分子標記和與藥物作用靶標最有效的方法之一，由此產(chǎn)生了疾病蛋白質(zhì)組學。運用蛋白質(zhì)組學研究手段，比較正常和病理情況下，蛋白質(zhì)表達的差異。探尋疾病相關(guān)的特異蛋白質(zhì)，作為疾病診斷的分子標記，以及治療和藥物開發(fā)的靶標。深入了解疾病特異性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，對疾病機理的闡明、疾病診斷及治療提供理論根據(jù)和解決途徑。對人類而言，蛋白質(zhì)組學的研究最終要服務于人類的健康，促進分子醫(yī)學的發(fā)展，例如，尋找藥物的靶分子。很多藥物本身就是蛋白質(zhì)，而很多藥物的靶分子也是蛋白質(zhì)，同時，藥物也可以干預蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用。第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容（7方面）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)的豐度變化蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)分布蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)性在生物體、組織、細胞整體高度，從功能執(zhí)行者角度，研究生命本質(zhì)規(guī)律。蛋白質(zhì)組學是一個整體概念，而不是孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二1、多樣性基因組作為遺傳信息的載體，具有同一性。單細胞生物，不論在什么樣的生長條件下，基因組是不變的。多細胞生物，同一個個體的基因組在不同發(fā)育階段或不同種類的細胞里都是同樣的，知道了個體內(nèi)某一細胞內(nèi)的基因組就等于知道了該個體所有細胞的基因組。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)是生命活動的主要執(zhí)行者，在同一機體的不同發(fā)育階段有明顯的差異，在機體的不同組織和不同細胞，以及生理狀態(tài)與疾病階段也各不相同。不同類型的細胞或同一個細胞在不同的活動狀態(tài)下，蛋白質(zhì)組的構(gòu)成是不一樣的。

四、蛋白質(zhì)組學的特點

與基因組比較，蛋白質(zhì)組具有7方面特點第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二2、無限性基因組核心任務是測定所有的DNA堿基。例如，芽殖酵母基因組有1200萬bp，人類基因組的最新統(tǒng)計為30億個bp。測定的基因組不論大小，其核苷酸的數(shù)量是明確的。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)的種類究竟有多少很難說清，蛋白質(zhì)組是基因組表達的所有蛋白質(zhì)，沒有考慮蛋白質(zhì)的修飾。細胞內(nèi)大部分蛋白質(zhì)在翻譯后進行修飾，主要有磷酸化、糖基化、?；龋揎椀鞍踪|(zhì)具有特定的物理化學性質(zhì)和生物學功能。如果把一個修飾蛋白視為一種新的蛋白質(zhì)，那么蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)數(shù)量將遠遠大于相應的基因組的基因數(shù)量。在這個意義上，人們估計人類蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)的種類為20萬-200萬，顯而易見，對蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)數(shù)量的估計是非常模糊的。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二3、動態(tài)性基因組

一個個體的基因組，從個體誕生到死亡，始終保持不變。蛋白質(zhì)組在個體的生命活動中卻總是變動不停。重要任務是測定蛋白質(zhì)組里發(fā)生變化的蛋白質(zhì)。生命活動中的蛋白質(zhì)可以大致分為兩類：一類是比較穩(wěn)定的，另一類則是變化的蛋白質(zhì)，如負責信號轉(zhuǎn)導或細胞活動調(diào)控的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的差異和變化，是生命活動的重要方式。發(fā)現(xiàn)在正常和病理狀態(tài)下出現(xiàn)差異的蛋白質(zhì)，常常是認識和防治疾病的關(guān)鍵；測定一個細胞或組織含有的全部蛋白質(zhì)種類的研究就是通常所說的蛋白質(zhì)組學。鑒定出一個細胞或組織中的所有蛋白質(zhì)是一項費時費錢的工作，需要大量的人力和物力。相比之下，測定差異蛋白質(zhì)的任務需要的投入就小得多。功能蛋白質(zhì)組學：以變化為主的蛋白質(zhì)組學。比較在不同生長狀態(tài)下或病理情況下，同一種細胞或組織的蛋白質(zhì)組內(nèi)的差異蛋白質(zhì)。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二4、時空性基因組DNA通常位于細胞核內(nèi)，保持穩(wěn)定，基因組測定不受時空的影響。mRNA，時間是主要的參考因素，在發(fā)育的不同階段或細胞的不同活動時期，mRNA的表達是不一樣的。在研究轉(zhuǎn)錄組或基因芯片時需要考慮時間，不需要考慮空間的影響。蛋白質(zhì)組不僅要考慮時間的因素，更要考慮空間的影響。不同的蛋白質(zhì)分布在細胞不同部位，功能與其空間定位密切相關(guān)。許多蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)不是靜止不動的，常常在不同的亞細胞環(huán)境里運動并發(fā)揮作用。例如，細胞周期調(diào)控，在細胞核內(nèi)，磷酸酯酶Cdc25→蛋白激酶Cdc2去磷酸化→激活Cdc2→使細胞進入分裂期。如果DNA損傷，蛋白激酶Cdc25一種14-3-3蛋白從細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)內(nèi)，導致核內(nèi)的Cdc2保持磷酸化和失活狀態(tài)，使細胞停滯在G2期不同的相互作用和同一時空相互作用—時時變化？第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二5、蛋白質(zhì)的相互作用基因組基因組的基因表達的各種mRNA是彼此孤立的，互不干擾。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)彼此間有著廣泛的相互作用?！肮铝⒌鞍踪|(zhì)”是不存在的。蛋白質(zhì)的功能離不開蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)與其他生物大分子之間的相互作用，專門術(shù)語（一個新的名詞）：相互作用組。相互作用組研究可以分為兩類：一是研究蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡，細胞內(nèi)的許多活動，如：信號轉(zhuǎn)導等，都是通過一個復雜而廣泛的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡來實現(xiàn)的；二是蛋白質(zhì)復合體組成的分析。蛋白質(zhì)復合體通?？梢苑譃閮煞N：一種是結(jié)構(gòu)型的蛋白質(zhì)復合體，如核孔復合體，這一類通常比較穩(wěn)定；另一種則是功能型蛋白質(zhì)復合體，只有在執(zhí)行功能時才聚合在一起，很不穩(wěn)定。例如，負責轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)復合體或者負責DNA復制的復制蛋白質(zhì)復合體。第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二6、多種研究技術(shù)基因組既無量的變化，也沒有質(zhì)的變化?；蚪M研究中，DNA測序技術(shù)是一個最基本和最主要的工具。由于基因組的均一性和簡單性，使得一種單一的技術(shù)就能勝任基因組研究任務。易于體外復制、或擴增——PCR、測序技術(shù)。技術(shù)成熟度高。蛋白質(zhì)組由于蛋白質(zhì)組具有復雜性、多樣性和時空性。研究技術(shù)就遠遠不止一種，技術(shù)難度也遠遠大于基因組研究技術(shù)。蛋白質(zhì)組研究技術(shù)可以簡單地分為兩大類：第一類是蛋白質(zhì)組的分離技術(shù)，雙向電泳技術(shù)、細胞分級分離技術(shù)、親和色譜技術(shù)都是蛋白質(zhì)組常用的分離技術(shù)；第二類是蛋白質(zhì)組的鑒定技術(shù)，其核心是質(zhì)譜技術(shù)，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)、噬菌體顯示技術(shù)和大規(guī)模雙雜交方法等?？傊鞍踪|(zhì)組研究對技術(shù)的依賴性和要求遠遠超過基因組學，目前，蛋白質(zhì)組學的研究技術(shù)還有很多不完善之處，許多新技術(shù)正在研發(fā)之中。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二是生命科學的主旋律：自20世紀中期，分子生物學技術(shù)誕生以來，生命科學的主旋律——一直圍繞著核酸與蛋白質(zhì)展開。具有互補與互助性：后基因組時代，蛋白質(zhì)組研究和基因組研究依然是形影相隨的兩個重要領(lǐng)域，它們之間互相補充?；蜃⑨專夯蚪M測序完成后，最主要任務是基因注釋，找出所有可能的基因及其產(chǎn)物的功能?；蜃⑨尩某鲥e率較高，若以蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)作參考，注釋的正確率會大幅度提高。真核生物的基因大多是非連續(xù)性的，即由外顯子和內(nèi)含子所組成。確定完整的基因也非易事，利用蛋白質(zhì)的序列來推測和確定基因的全長也是很有幫助的。7、蛋白質(zhì)組與基因組的互補與互助性第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)組學具有7個特點多樣性無限性動態(tài)性時空性蛋白質(zhì)的相互作用多種研究技術(shù)互補與互助性體現(xiàn)了組學的整體思想：在全局的高度解釋生命科學本質(zhì)規(guī)律是組學基本思路。體現(xiàn)了蛋白質(zhì)組學的復雜性：全方位揭示生物體中，所有蛋白質(zhì)的變化和運行規(guī)律。將在蛋白質(zhì)組學的應用中進一步理解。第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二本節(jié)小結(jié)主要內(nèi)容蛋白質(zhì)組的概念蛋白質(zhì)組學的研究歷史（重要標志）蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容（7）蛋白質(zhì)組學的特點（7）蛋白質(zhì)組學是一個整體概念，而不是孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。蛋白質(zhì)整體上研究生命本質(zhì)規(guī)律。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)：蛋白質(zhì)組學研究技術(shù)第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)組研究關(guān)鍵技術(shù)：1975年，F(xiàn)arrell等建立了高分辨率二維電泳技術(shù)。20世紀80年代，建立了質(zhì)譜技術(shù)、生物醫(yī)學信息學以及蛋白質(zhì)芯片等技術(shù)蛋白質(zhì)組技術(shù)研究現(xiàn)狀蛋白質(zhì)組研究是人類基因組測序完成后生命科學領(lǐng)域的又一熱點，在技術(shù)層面上，與自動化、高通量的基因測序相比還相差很遠。蛋白質(zhì)組研究要達到靈敏、特異和高通量還有待相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。盡管問題重重，蛋白質(zhì)組研究方法還是取得了突飛猛進的發(fā)展。蛋白質(zhì)組研究的難點：條件苛刻：蛋白質(zhì)分子只能在相對嚴格的pH、溫度等理化條件下保持空間立體構(gòu)象，分離、純化及鑒定所需實驗條件要求較高；難于檢測：蛋白質(zhì)難以像核酸一樣，通過PCR擴增，難以檢測微量的蛋白質(zhì)；難以分析：生物信息學如何將蛋白質(zhì)組相關(guān)數(shù)據(jù)庫和軟件結(jié)合起來進行綜合分析也有難度；技術(shù)成熟度相對較低：不溶性蛋白、膜蛋白和極酸或極堿性蛋白質(zhì)，目前尚無理想的檢測方法。第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二一、二維聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳技術(shù)蛋白質(zhì)組學技術(shù)發(fā)展很快，已建立很多相關(guān)分析技術(shù)。如：毛細血管等電聚焦、多維色譜、微流芯片等技術(shù)。二維凝膠電泳是目前蛋白質(zhì)組學研究的主要方法。分離復雜蛋白混合物最基本的工具，可同時分離數(shù)千種蛋白。是目前所有電泳技術(shù)中分辯率最高，信息量最多的技術(shù)。特點：分辨率高、重復性高和微量制備的性能。第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二1、樣品制備技術(shù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。獲得高分辨和高度重復的2-DE圖譜，樣品制備是極其關(guān)鍵的一步。樣本類型和來源不相同，根據(jù)實際情況采取不同的條件和方法。樣品中，不同蛋白豐度、溶解度、敏感度均不同。樣品制備的基本原則：根據(jù)研究的目的不同，權(quán)衡利弊，采取不同的樣品制備方法和策略；樣品制備時為減少蛋白質(zhì)的降解，可以采用蛋白酶抑制劑和低溫加以保護；除去影響的物質(zhì)，如：鹽離子、離子去污劑、核酸、多糖、脂類、酚類和不溶性物質(zhì)等；樣品裂解液應新鮮配制，并分裝凍存，勿反復凍融；為了提高疏水蛋白的溶解性，可采用分步提取以獲取更豐富的蛋白質(zhì)信息；組織樣品中含有不同類型的細胞，樣品具有異質(zhì)性，應該先對待測樣品進行處理，可以采用免疫親和技術(shù)或激光捕獲顯微切割技術(shù)(LCM)，激光捕獲顯微切割技術(shù)在倒置顯微鏡下將激光束聚集在所選擇的組織切片區(qū)域，實現(xiàn)對靶細胞的收集。第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二2、基本原理Smithies和Poulik(1956)最早建立了二維電泳技術(shù)。PIMW第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二2、基本原理基本原理：符合電泳的原理，二維電泳——雙向電泳第一向電泳：等電聚焦電泳（高壓電泳）基于蛋白質(zhì)等電點不同進行蛋白質(zhì)分離，將樣品在固相化pH梯度的凝膠上進行電泳。蛋白質(zhì)樣品在電場中遷移，達到其等電點位置時停止遷移移。第二向電泳：SDS（低壓電泳）SDS帶負電荷，與蛋白質(zhì)多肽鏈結(jié)合后掩蓋了蛋白質(zhì)原有的電荷差別。蛋白質(zhì)所帶電荷與其分子量大小有關(guān)，蛋白質(zhì)分子量越大，所帶電荷越多，在電泳凝膠上，蛋白質(zhì)按分子量大小排列。顯色：考馬斯亮藍染色（靈敏度較低）銀染（靈敏度高，不利于后續(xù)質(zhì)譜分析）同位素標記熒光標記：靈敏度高，兼容下游的鑒定技術(shù)

見下圖PIMW第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期二O’Farrell艤向電泳的經(jīng)典方法(引自郭堯君蛋白質(zhì)電泳實