第十四講蛋白質(zhì)組學(xué)課件

第十四講蛋白質(zhì)組學(xué)第十四講蛋白質(zhì)組學(xué)1一、基本概念：基因組(genome)：一個(gè)細(xì)胞或者生物體所攜帶的全部遺傳信息。指細(xì)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。基因組學(xué)：在全基因水平上探索生命的本質(zhì)規(guī)律性的學(xué)科。1986年ThomasRoderrick提出“基因組學(xué)”的概念。人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）：人類(lèi)全部基因序列的分析，是基因組學(xué)研究重要標(biāo)志1986年提出，1990.10啟動(dòng)，23條染色體，約3.0×109bp，預(yù)計(jì)15年完成。1998年（6%），2001年（1/3），2003年提前完成序列的測(cè)定，（2.0~2.5）萬(wàn)基因。中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所人類(lèi)基因組中心參與國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃，人類(lèi)第3號(hào)染色體短臂DNA序列的測(cè)定，3.84×108bp。達(dá)到國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃協(xié)作組對(duì)“完成圖”的要求。2003年4月15日，美、英、日、法、德、中6國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人聯(lián)名聯(lián)合聲明，宣告人類(lèi)基因組計(jì)劃圓滿(mǎn)完成。

——我國(guó)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平宏基因組學(xué)：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(yīng)等相關(guān)的重要因素。第一節(jié)概述一、基本概念：第一節(jié)概述2結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念：為了揭示整個(gè)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(xué)”概念，……結(jié)構(gòu)基因組學(xué)：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(xué)：基因的遺傳圖和物理圖制作，最終完成人類(lèi)和其他重要模式生物的全部基因組DNA序列的測(cè)定和比較分析的學(xué)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(xué)：功能基因組：細(xì)胞內(nèi)所有具有生物學(xué)功能的基因，即表達(dá)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(xué)：研究基因組中功能基因的的學(xué)科。通過(guò)基因組及其功能基因組的研究，闡明整個(gè)基因組及其轉(zhuǎn)錄、翻譯及產(chǎn)物關(guān)系的學(xué)科?！到y(tǒng)地破譯遺傳密碼——蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組：指一個(gè)基因組、一個(gè)細(xì)胞或一種生物表達(dá)的所有蛋白質(zhì)及其存在方式。蛋白質(zhì)組學(xué)：以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象，從整體蛋白質(zhì)水平研究生命活動(dòng)的本質(zhì)規(guī)律和探索疾病發(fā)生機(jī)制的學(xué)科。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念：3基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)的關(guān)系基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組代謝組

針對(duì)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(xué)基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)的關(guān)系基因組針對(duì)生物體不同角度的整體4基因組學(xué)面臨的挑戰(zhàn)隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施和推進(jìn)，以及很多物種的基因組測(cè)序，生命科學(xué)研究已進(jìn)入后基因組時(shí)代。但通過(guò)基因組的序列，無(wú)法闡明它所編碼的蛋白質(zhì)的高級(jí)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(lán)本”，攜帶著遺傳信息，僅憑細(xì)胞內(nèi)mRNA的信息還不能預(yù)見(jiàn)基因的產(chǎn)物—蛋白質(zhì)的信息。（2）僅靠基因組序列——無(wú)法回答生物體內(nèi)外環(huán)境與基因的表達(dá)關(guān)系。蛋白翻譯后修飾、剪接和加工等過(guò)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(wèn)題?；卮疬@些問(wèn)題：還需要依賴(lài)于直接對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究。闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)，僅僅依靠基因組學(xué)研究是不夠的，提出了…基因組學(xué)面臨的挑戰(zhàn)5蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生和思想是時(shí)代發(fā)展的要求和產(chǎn)物：

20世紀(jì)90年代中期，產(chǎn)生了蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)，由于人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施和發(fā)展，生命科學(xué)研究已進(jìn)入后基因組時(shí)代。研究生命現(xiàn)象，闡述生命活動(dòng)的規(guī)律，只了解基因組的結(jié)構(gòu)是不夠的，還必須對(duì)生命活動(dòng)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(xué)功能)進(jìn)行全面深入的研究。傳統(tǒng)的研究方式（對(duì)單個(gè)蛋白質(zhì)研究）已無(wú)法滿(mǎn)足后基因組時(shí)代的。一個(gè)以“蛋白質(zhì)組”為研究對(duì)象的生命科學(xué)的新時(shí)代誕生了。蛋白質(zhì)組學(xué)的思想是在生物體或其細(xì)胞的“整體”蛋白質(zhì)水平上來(lái)揭示和闡明生命活動(dòng)的基本規(guī)律，而不是局限于一個(gè)或幾個(gè)蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生和思想6二、蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志（1）高分辨雙向凝膠電泳(2-DE)技術(shù)的建立20世紀(jì)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(duì)大腸桿菌細(xì)胞抽提物進(jìn)行雙向電泳，分離到1100個(gè)蛋白質(zhì)組分，從此拉開(kāi)了蛋白質(zhì)組研究的序幕。為蛋白質(zhì)組學(xué)產(chǎn)生的技術(shù)保障。（2）蛋白質(zhì)組計(jì)劃的提出(蛋白質(zhì)組學(xué)思想的產(chǎn)生)20世紀(jì)80年代初，基因組計(jì)劃提出前，曾有人提出“蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為HumanProteinIndex計(jì)劃，旨在分析細(xì)胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)。由于種種原因，這一計(jì)劃被擱淺，并未實(shí)施。 ——思路的提出，非常重要——時(shí)機(jī)也很重要。七個(gè)方面技術(shù)的進(jìn)步思想的進(jìn)步二、蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志（1）高分辨雙向凝膠電泳(2-7（3）蛋白質(zhì)組(proteome)的提出：蛋白質(zhì)組學(xué)誕生的標(biāo)志1994年，澳大利亞兩位學(xué)者（悉尼Macquarie大學(xué)學(xué)生Wilkins和他的老師William）試圖使用一個(gè)合適的術(shù)語(yǔ)描述“一個(gè)基因組所表達(dá)的全體蛋白質(zhì)”。1994年年9月，他們?cè)谝獯罄匍_(kāi)的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上首次提出了蛋白質(zhì)組(proteome)這個(gè)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(xué)研究的論文。從此，蛋白質(zhì)組研究的進(jìn)展十分迅速不論基礎(chǔ)理論還是技術(shù)方法，都在不斷進(jìn)步和完善。多種細(xì)胞的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)建立，相應(yīng)的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)站層出不窮

（3）蛋白質(zhì)組(proteome)的提出：8（4）蛋白質(zhì)組研究機(jī)構(gòu)的成立1996年，澳大利亞建立了世界上第一個(gè)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(cái)力的支持下，在美國(guó)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(guó)成立了國(guó)際人類(lèi)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(guò)合作方式，融合各方面力量，完成人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃，在2002年和2003年陸續(xù)啟動(dòng)了人類(lèi)血漿、肝臟和腦蛋白質(zhì)組的研究。促進(jìn)了蛋白質(zhì)組學(xué)研究和技術(shù)的進(jìn)步。在生命科學(xué)領(lǐng)域，蛋白質(zhì)組學(xué)研究形成了國(guó)際熱點(diǎn)（4）蛋白質(zhì)組研究機(jī)構(gòu)的成立9（5）三大技術(shù)突破：等點(diǎn)聚集電泳技術(shù)——2-DE核心技術(shù)之一 20世紀(jì)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(fù)性和上樣量。生物大分子質(zhì)譜技術(shù) 20世紀(jì)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(shí)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(yīng)用。圖像和數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn)世，不但使得不少物種的雙向電泳和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)相繼建立和完善，而且促進(jìn)了蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)手段日漸完善。（5）三大技術(shù)突破：10（6）關(guān)于蛋白質(zhì)組與基因組的新認(rèn)識(shí)：蛋白質(zhì)組是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，基因組是相對(duì)恒定的。 一個(gè)基因并不只存在一個(gè)相應(yīng)的蛋白質(zhì)，可能會(huì)有幾個(gè)，甚至幾十個(gè)。

（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(dá)（什么情況表達(dá)什么樣的蛋白質(zhì)），不僅取決于基因，還與機(jī)體所處的內(nèi)外環(huán)境以及機(jī)體本身的生理狀態(tài)有關(guān)?；虿皇侵苯記Q定一個(gè)蛋白功能，往往是通過(guò)基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)產(chǎn)生一個(gè)蛋白質(zhì)前體，再進(jìn)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(guò)一系列的運(yùn)輸過(guò)程，到達(dá)組織細(xì)胞內(nèi)適當(dāng)?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(yùn)定位的全過(guò)程，這些過(guò)程中的任何一個(gè)步驟發(fā)生細(xì)微的差錯(cuò)，即可導(dǎo)致機(jī)體的疾病。（6）關(guān)于蛋白質(zhì)組與基因組的新認(rèn)識(shí)：11（7）蛋白質(zhì)組研究的重大成就紐約Rockefeller大學(xué)的細(xì)胞和分子生物學(xué)家Gun-terBlobel博士在“蛋白質(zhì)內(nèi)在的信號(hào)分子、調(diào)節(jié)自身的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)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(xué)獎(jiǎng)和生理學(xué)獎(jiǎng)。蛋白質(zhì)自剪接及其機(jī)理近年來(lái)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)間亦存在類(lèi)似于mRNA分子內(nèi)的剪接，具有自身特有的活動(dòng)規(guī)律。這種自主性—不能—從基因編碼序列中—預(yù)測(cè)，而只能對(duì)其最終的功能蛋白進(jìn)行分析。（7）蛋白質(zhì)組研究的重大成就12（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。基因組計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，為生物體全部基因序列的確定、為未來(lái)生命科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但不能提供認(rèn)識(shí)各種生命活動(dòng)直接的分子基礎(chǔ)，必須研究生命活動(dòng)的執(zhí)行體——蛋白質(zhì)這一重要環(huán)節(jié)。蛋白質(zhì)組學(xué)——重點(diǎn)研究生命活動(dòng)的執(zhí)行體（蛋白質(zhì)）這一環(huán)節(jié)，是闡明生命活動(dòng)本質(zhì)不可缺少的、比基因組研究更復(fù)雜的后續(xù)部分，蛋白質(zhì)組學(xué)—將成為21世紀(jì)生命科學(xué)研究的主要任務(wù)。提出了合成生物學(xué)理念——世界之熱點(diǎn)（8）綜上所述：13三、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容蛋白質(zhì)組：是一個(gè)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(xué)(proteomics)：是從整體上研究細(xì)胞或組織內(nèi)，特定的時(shí)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(xué)科。是一項(xiàng)系統(tǒng)性的多方位的科學(xué)研究和探索。是應(yīng)用二維電泳、質(zhì)譜、生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)等技術(shù)研究全套蛋白質(zhì)在復(fù)雜的細(xì)胞環(huán)境中的功能。蛋白質(zhì)組學(xué)分類(lèi)（按研究?jī)?nèi)容）表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)(proteinexpressionproteomics)在不同機(jī)體狀態(tài)中，細(xì)胞或組織中，全部蛋白質(zhì)的表達(dá)及其變化規(guī)律的研究。細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué)(cellmappingproteomics)。主要研究蛋白質(zhì)間的相互作用，以明確細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的復(fù)雜機(jī)制。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容：主要包括7個(gè)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。三、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容蛋白質(zhì)組：是一個(gè)整體概念，不同于孤立141、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(fù)雜的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)一般分為一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩類(lèi)。蛋白質(zhì)的一級(jí)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(pán)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(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。在組學(xué)水平上，解析和闡明蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)15

2、蛋白質(zhì)功能自然界種類(lèi)繁多的蛋白質(zhì)，決定了生物學(xué)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(xué)功能：主要體現(xiàn)在以下7個(gè)方面： ①具有生物催化功能； ②具有調(diào)節(jié)功能； ③具有運(yùn)輸功能； ④具有運(yùn)動(dòng)功能； ⑤可作為機(jī)體的結(jié)構(gòu)成分； ⑥具有防御和保護(hù)功能； ⑦可作為生物體發(fā)育和生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。蛋白質(zhì)功能不是孤立的、只有通過(guò)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(xué)功能和聯(lián)系2、蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能不是孤立的、只有通過(guò)相互作用，才能163、蛋白質(zhì)的豐度變化通過(guò)對(duì)各種蛋白質(zhì)的識(shí)別和定量化，對(duì)不同狀態(tài)細(xì)胞的蛋白質(zhì)差異表達(dá)進(jìn)行比較。如：不同時(shí)間和環(huán)境條件下，蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的相對(duì)含量的變化。3、蛋白質(zhì)的豐度變化174、蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對(duì)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(zhǎng)期和不同生理、病理?xiàng)l件下，不同的細(xì)胞類(lèi)型的基因表達(dá)是不一致的。細(xì)胞和組織的分化——執(zhí)行特定功能。如：TCell和BCell—介導(dǎo)細(xì)胞免疫和體液免疫—表達(dá)蛋白差異。因此，對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)的研究應(yīng)該精確到細(xì)胞甚至亞細(xì)胞水平。

4、蛋白質(zhì)修飾186、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用細(xì)胞的任何活動(dòng)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(duì)于闡明細(xì)胞乃至整個(gè)生命活動(dòng)的分子作用機(jī)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(guò)程，執(zhí)行特定的功能；B細(xì)胞激活、分化產(chǎn)生抗體的過(guò)程。蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)6、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)197、蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)性蛋白質(zhì)組學(xué)成為尋找疾病分子標(biāo)記和與藥物作用靶標(biāo)最有效的方法之一，由此產(chǎn)生了疾病蛋白質(zhì)組學(xué)。運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段，比較正常和病理情況下，蛋白質(zhì)表達(dá)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(biāo)記，以及治療和藥物開(kāi)發(fā)的靶標(biāo)。深入了解疾病特異性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)疾病機(jī)理的闡明、疾病診斷及治療提供理論根據(jù)和解決途徑。對(duì)人類(lèi)而言，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究最終要服務(wù)于人類(lèi)的健康，促進(jìn)分子醫(yī)學(xué)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(shí)，藥物也可以干預(yù)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用。7、蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)性20蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?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(xì)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(xué)是一個(gè)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)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容（7方面）211、多樣性基因組作為遺傳信息的載體，具有同一性。單細(xì)胞生物，不論在什么樣的生長(zhǎng)條件下，基因組是不變的。多細(xì)胞生物，同一個(gè)個(gè)體的基因組在不同發(fā)育階段或不同種類(lèi)的細(xì)胞里都是同樣的，知道了個(gè)體內(nèi)某一細(xì)胞內(nèi)的基因組就等于知道了該個(gè)體所有細(xì)胞的基因組。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要執(zhí)行者，在同一機(jī)體的不同發(fā)育階段有明顯的差異，在機(jī)體的不同組織和不同細(xì)胞，以及生理狀態(tài)與疾病階段也各不相同。不同類(lèi)型的細(xì)胞或同一個(gè)細(xì)胞在不同的活動(dòng)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(xué)的特點(diǎn)與基因組比較，蛋白質(zhì)組具有7方面特點(diǎn)1、多樣性基因組作為遺傳信息的載體，具有同一性。蛋白質(zhì)組蛋白222、無(wú)限性基因組核心任務(wù)是測(cè)定所有的DNA堿基。例如，芽殖酵母基因組有1200萬(wàn)bp，人類(lèi)基因組的最新統(tǒng)計(jì)為30億個(gè)bp。測(cè)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(lèi)究竟有多少很難說(shuō)清，蛋白質(zhì)組是基因組表達(dá)的所有蛋白質(zhì)，沒(méi)有考慮蛋白質(zhì)的修飾。細(xì)胞內(nèi)大部分蛋白質(zhì)在翻譯后進(jìn)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(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能。如果把一個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于相應(yīng)的基因組的基因數(shù)量。在這個(gè)意義上，人們估計(jì)人類(lèi)蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)的種類(lèi)為20萬(wàn)-200萬(wàn)，顯而易見(jiàn)，對(duì)蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)數(shù)量的估計(jì)是非常模糊的。2、無(wú)限性基因組核心任務(wù)是測(cè)定所有的DNA堿基。例如，芽殖酵233、動(dòng)態(tài)性基因組一個(gè)個(gè)體的基因組，從個(gè)體誕生到死亡，始終保持不變。蛋白質(zhì)組在個(gè)體的生命活動(dòng)中卻總是變動(dòng)不停。重要任務(wù)是測(cè)定蛋白質(zhì)組里發(fā)生變化的蛋白質(zhì)。生命活動(dòng)中的蛋白質(zhì)可以大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是比較穩(wěn)定的，另一類(lèi)則是變化的蛋白質(zhì)，如負(fù)責(zé)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)或細(xì)胞活動(dòng)調(diào)控的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的差異和變化，是生命活動(dòng)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(rèn)識(shí)和防治疾病的關(guān)鍵；測(cè)定一個(gè)細(xì)胞或組織含有的全部蛋白質(zhì)種類(lèi)的研究就是通常所說(shuō)的蛋白質(zhì)組學(xué)。鑒定出一個(gè)細(xì)胞或組織中的所有蛋白質(zhì)是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)的工作，需要大量的人力和物力。相比之下，測(cè)定差異蛋白質(zhì)的任務(wù)需要的投入就小得多。功能蛋白質(zhì)組學(xué)：以變化為主的蛋白質(zhì)組學(xué)。比較在不同生長(zhǎng)狀態(tài)下或病理情況下，同一種細(xì)胞或組織的蛋白質(zhì)組內(nèi)的差異蛋白質(zhì)。3、動(dòng)態(tài)性基因組一個(gè)個(gè)體的基因組，從個(gè)體誕生到死亡，始終244、時(shí)空性基因組DNA通常位于細(xì)胞核內(nèi)，保持穩(wěn)定，基因組測(cè)定不受時(shí)空的影響。mRNA，時(shí)間是主要的參考因素，在發(fā)育的不同階段或細(xì)胞的不同活動(dòng)時(shí)期，mRNA的表達(dá)是不一樣的。在研究轉(zhuǎn)錄組或基因芯片時(shí)需要考慮時(shí)間，不需要考慮空間的影響。蛋白質(zhì)組不僅要考慮時(shí)間的因素，更要考慮空間的影響。不同的蛋白質(zhì)分布在細(xì)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(xì)胞內(nèi)不是靜止不動(dòng)的，常常在不同的亞細(xì)胞環(huán)境里運(yùn)動(dòng)并發(fā)揮作用。例如，細(xì)胞周期調(diào)控，在細(xì)胞核內(nèi)，磷酸酯酶Cdc25→蛋白激酶Cdc2去磷酸化→激活Cdc2→使細(xì)胞進(jìn)入分裂期。如果DNA損傷，蛋白激酶Cdc25一種14-3-3蛋白從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)內(nèi)，導(dǎo)致核內(nèi)的Cdc2保持磷酸化和失活狀態(tài)，使細(xì)胞停滯在G2期不同的相互作用和同一時(shí)空相互作用—時(shí)時(shí)變化？4、時(shí)空性基因組DNA通常位于細(xì)胞核內(nèi)，保持穩(wěn)定，基因組測(cè)定255、蛋白質(zhì)的相互作用基因組基因組的基因表達(dá)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。“孤立蛋白質(zhì)”是不存在的。蛋白質(zhì)的功能離不開(kāi)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(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)（一個(gè)新的名詞）：相互作用組。相互作用組研究可以分為兩類(lèi)：一是研究蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)，細(xì)胞內(nèi)的許多活動(dòng)，如：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，都是通過(guò)一個(gè)復(fù)雜而廣泛的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；二是蛋白質(zhì)復(fù)合體組成的分析。蛋白質(zhì)復(fù)合體通常可以分為兩種：一種是結(jié)構(gòu)型的蛋白質(zhì)復(fù)合體，如核孔復(fù)合體，這一類(lèi)通常比較穩(wěn)定；另一種則是功能型蛋白質(zhì)復(fù)合體，只有在執(zhí)行功能時(shí)才聚合在一起，很不穩(wěn)定。例如，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)復(fù)合體或者負(fù)責(zé)DNA復(fù)制的復(fù)制蛋白質(zhì)復(fù)合體。5、蛋白質(zhì)的相互作用基因組基因組的基因表達(dá)的各種mRNA是彼266、多種研究技術(shù)基因組既無(wú)量的變化，也沒(méi)有質(zhì)的變化。基因組研究中，DNA測(cè)序技術(shù)是一個(gè)最基本和最主要的工具。由于基因組的均一性和簡(jiǎn)單性，使得一種單一的技術(shù)就能勝任基因組研究任務(wù)。易于體外復(fù)制、或擴(kuò)增——PCR、測(cè)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(fù)雜性、多樣性和時(shí)空性。研究技術(shù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止一種，技術(shù)難度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基因組研究技術(shù)。蛋白質(zhì)組研究技術(shù)可以簡(jiǎn)單地分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是蛋白質(zhì)組的分離技術(shù)，雙向電泳技術(shù)、細(xì)胞分級(jí)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(lèi)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。總之，蛋白質(zhì)組研究對(duì)技術(shù)的依賴(lài)性和要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基因組學(xué)，目前，蛋白質(zhì)組學(xué)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。6、多種研究技術(shù)基因組既無(wú)量的變化，也沒(méi)有質(zhì)的變化。蛋白質(zhì)組27是生命科學(xué)的主旋律：自20世紀(jì)中期，分子生物學(xué)技術(shù)誕生以來(lái)，生命科學(xué)的主旋律——一直圍繞著核酸與蛋白質(zhì)展開(kāi)。具有互補(bǔ)與互助性：后基因組時(shí)代，蛋白質(zhì)組研究和基因組研究依然是形影相隨的兩個(gè)重要領(lǐng)域，它們之間互相補(bǔ)充?；蜃⑨?zhuān)夯蚪M測(cè)序完成后，最主要任務(wù)是基因注釋?zhuān)页鏊锌赡艿幕蚣捌洚a(chǎn)物的功能?；蜃⑨尩某鲥e(cuò)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(huì)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(lái)推測(cè)和確定基因的全長(zhǎng)也是很有幫助的。7、蛋白質(zhì)組與基因組的互補(bǔ)與互助性是生命科學(xué)的主旋律：自20世紀(jì)中期，分子生物學(xué)技術(shù)誕生以來(lái)，28蛋白質(zhì)組學(xué)具有7個(gè)特點(diǎn)多樣性無(wú)限性動(dòng)態(tài)性時(shí)空性蛋白質(zhì)的相互作用多種研究技術(shù)互補(bǔ)與互助性體現(xiàn)了組學(xué)的整體思想：在全局的高度解釋生命科學(xué)本質(zhì)規(guī)律是組學(xué)基本思路。體現(xiàn)了蛋白質(zhì)組學(xué)的復(fù)雜性：全方位揭示生物體中，所有蛋白質(zhì)的變化和運(yùn)行規(guī)律。將在蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用中進(jìn)一步理解。蛋白質(zhì)組學(xué)具有7個(gè)特點(diǎn)29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(xué)的研究歷史（重要標(biāo)志）蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容（7）蛋白質(zhì)組學(xué)的特點(diǎn)（7）蛋白質(zhì)組學(xué)是一個(gè)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。本節(jié)小結(jié)30第二節(jié)：蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)第二節(jié)：蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)31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(jì)80年代，建立了質(zhì)譜技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)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(lèi)基因組測(cè)序完成后生命科學(xué)領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)，在技術(shù)層面上，與自動(dòng)化、高通量的基因測(cè)序相比還相差很遠(yuǎn)。蛋白質(zhì)組研究要達(dá)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(wèn)題重重，蛋白質(zhì)組研究方法還是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。蛋白質(zhì)組研究的難點(diǎn)：條件苛刻：蛋白質(zhì)分子只能在相對(duì)嚴(yán)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(shí)驗(yàn)條件要求較高；難于檢測(cè)：蛋白質(zhì)難以像核酸一樣，通過(guò)PCR擴(kuò)增，難以檢測(cè)微量的蛋白質(zhì)；難以分析：生物信息學(xué)如何將蛋白質(zhì)組相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合分析也有難度；技術(shù)成熟度相對(duì)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(wú)理想的檢測(cè)方法。蛋白質(zhì)組研究關(guān)鍵技術(shù)：32一、二維聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，已建立很多相關(guān)分析技術(shù)。如：毛細(xì)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(xué)研究的主要方法。分離復(fù)雜蛋白混合物最基本的工具，可同時(shí)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(diǎn)：分辨率高、重復(fù)性高和微量制備的性能。一、二維聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，已331、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(fù)的2-DE圖譜，樣品制備是極其關(guān)鍵的一步。樣本類(lèi)型和來(lái)源不相同，根據(jù)實(shí)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(shí)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(hù)；除去影響的物質(zhì)，如：鹽離子、離子去污劑、核酸、多糖、脂類(lèi)、酚類(lèi)和不溶性物質(zhì)等；樣品裂解液應(yīng)新鮮配制，并分裝凍存，勿反復(fù)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(lèi)型的細(xì)胞，樣品具有異質(zhì)性，應(yīng)該先對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)靶細(xì)胞的收集。1、樣品制備技術(shù)342、基本原理Smithies和Poulik(1956)最早建立了二維電泳技術(shù)。PIMW2、基本原理PIMW352、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(diǎn)不同進(jìn)行蛋白質(zhì)分離，將樣品在固相化pH梯度的凝膠上進(jìn)行電泳。蛋白質(zhì)樣品在電場(chǎng)中遷移，達(dá)到其等電點(diǎn)位置時(shí)停止遷移移。第二向電泳：SDS（低壓電泳）SDS帶負(fù)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(lán)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(biāo)記熒光標(biāo)記：靈敏度高，兼容下游的鑒定技術(shù)

見(jiàn)下圖PIMW2、基本原理見(jiàn)下圖PIMW36O’Farrell艤向電泳的經(jīng)典方法(引自郭堯君蛋白質(zhì)電泳實(shí)驗(yàn)技術(shù)，2005年)二維凝膠電泳示意圖O’Farrell艤向電泳的經(jīng)典方法二維凝膠電泳示意圖373、二維凝膠電泳操作程序和設(shè)備制備蛋白質(zhì)樣品第一向電泳第二向電泳凝膠染色凝膠成像及分析蛋白質(zhì)斑點(diǎn)鑒別3、二維凝膠電泳操作程序和設(shè)備38ProteomicsExperimentalWorkflow樣品制備第一向IEF電泳第二向SDS電泳染色圖像采集和分析蛋白斑點(diǎn)切取蛋白質(zhì)鑒定ProteomicsExperimentalWorkfl39二維電泳分析裝置介紹第二向垂直電泳系統(tǒng)低通量、中等通量第一向等電聚焦系統(tǒng)雙向電泳圖像分析軟件DeCyder2-Dv6.5差異分析軟件TyphoonTri