蛋白質(zhì)組學(xué)導(dǎo)論

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1.1.生命科學(xué)或生物科學(xué)生命科學(xué)或生物科學(xué):

生物體是一個(gè)多層次、多功能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，研究其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的科學(xué)。2JamesWatson(left)wasonly24whentogetherwithFrancisCrick(right)hepublishedthepaperthatfirstdescribedthestructureofDNA。3TheCentralDogmaofMolecularBiologyCrick,1958Crick,1958TheCentralDogmaofMolecularBiology4生命的奧秘…GCTTCTTCCTCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCATCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCTTCTTCCTCATTTTCTCTCCACCATGCCGCCACCACGCCACCATGCTTCTTCCTCATCTCGCTTTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCGCTTCTTCCtTCTCT…5

“基因決定論”、“還原論”生命科學(xué)的研究熱衷于把復(fù)雜的生物體層層分解,從個(gè)體到器官,從器官到組織,從組織到細(xì)胞,再?gòu)募?xì)胞到分子,最終力求在基因水平上尋找個(gè)體生命現(xiàn)象的根源.生命科學(xué)的研究幾乎呈現(xiàn)出以基因?yàn)橹行牡膭?shì)態(tài).6

“基因決定論”、“還原論”在高等動(dòng)物、植物轉(zhuǎn)基因研究中常出現(xiàn)外源目的基因表達(dá)沉默、表達(dá)水平太低、引起相鄰其他基因突變、后代遺傳性狀不穩(wěn)定等困擾，造成了轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。婦女細(xì)胞中BRCAI基因發(fā)生突變，該婦女到60歲后約有70%的概率會(huì)患乳腺癌。那么還有30%的女性未患癌癥？7

“基因決定論”、“還原論”Dulbecco1975年諾貝爾獎(jiǎng)要徹底闡明癌癥的發(fā)生、演變侵襲和轉(zhuǎn)移的機(jī)制，必須對(duì)人體細(xì)胞的基因組（即全部基因）在整體上進(jìn)行全序列分析。1986年，Dulbecco提出了進(jìn)行人類基因組計(jì)劃研究的建議。2005年，Goodman等認(rèn)為復(fù)雜多細(xì)胞生物的基因調(diào)控受到多個(gè)層次的相互制約:有機(jī)體個(gè)體調(diào)節(jié)、細(xì)胞調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、翻譯調(diào)節(jié)和后加工調(diào)節(jié)等相互影響，且各層次均離不開(kāi)它們所處環(huán)境的作用。8第一章蛋白質(zhì)組學(xué)導(dǎo)論DNARNAProteinMetabolismGenome

“Genomics”Proteome

“Proteomics”Metabolome“Metabonomics”Transcriptome

“Transcriptomics”91.2基因組學(xué)基因組:是一種生物體或個(gè)體細(xì)胞所具有的一套完整的基因及其調(diào)控序列。基因組學(xué)：研究基因組的結(jié)構(gòu)組成、時(shí)序表達(dá)模式和功能，并提供有關(guān)物種及其細(xì)胞功能的進(jìn)化信息。特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)進(jìn)行細(xì)胞中全部基因及非編碼區(qū)的整體性考察和系統(tǒng)性研究，從而全面揭示基因與基因間的相互關(guān)系、基因與非編碼序列的關(guān)系、基因與基因組的關(guān)系。101.2基因組學(xué)技術(shù)：

DNA體外擴(kuò)增技術(shù)-PCR

高通量自動(dòng)化DNA測(cè)序技術(shù)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)及分析軟件1112Thehumangenome~3.2x109bp(thirtytimelargerthanC.elegansorD.melongaster)codingsequencesformonly5%ofthehumangenomeRepeatsequencesover50%Only~32.000genesHumangenomeisdistributedover22chromosome

pairsplusXandYchromosomesExonsofprotein-codinggenesarerelativelysmallcomparedtootherknowneukaryoticgenomesIntronsarerelativelylongProtein-codinggenesspanlongstretchesofDNA(dystrophin,codinga3.685aminoacidprotein,is>2.4Mbplong)Averagegenelength:~8,000bpAverageof5-6exons/geneAverageexonlength:~200bpAverageintronlength:~2,000bp~8%geneshaveasingleexonSomeexonscanbeassmallas1or3bp.13ThehumangenomeAllpeoplearedifferent,buttheDNAofdifferentpeopleonlyvariesfor0.2%orless.So,onlyupto2lettersin1000areexpectedtobedifferent.Evidenceincurrentgenomicsstudies(SingleNucleotidePolymorphismsorSNPs)implythatonaverageonly1letteroutof1400isdifferentbetweenindividuals.meansthat2to3millionletterswoulddifferbetweenindividuals.

141.2基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)：

Sanger-雙脫氧核苷三磷酸（ddNTP）鏈末端終止法

Ronaghi-pyrosquencing（焦磷酸測(cè)序法）15Megabase毛細(xì)管自動(dòng)測(cè)序儀16171.2基因組學(xué)pyrosequencing（焦磷酸測(cè)序法）：?jiǎn)捂淒NA模板被合成互補(bǔ)鏈，4種dNTP按與模板堿基互補(bǔ)的原則依次有序地結(jié)合到模板上，每當(dāng)一個(gè)dNTP成功地加到模板時(shí)會(huì)釋放出焦磷酸（ppi），其釋放數(shù)量與結(jié)合進(jìn)入DNA的dNTP數(shù)量相當(dāng)。181.2基因組學(xué)191.2基因組學(xué)

數(shù)據(jù)庫(kù)：

NCBI、EMBL、DDBJ、Expasy201.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組:1)從一個(gè)細(xì)胞的基因組中被轉(zhuǎn)錄出來(lái)的全部mRNA.2)一個(gè)細(xì)胞、組織或生物體的全部RNA的集合體，也包括非編碼的RNA。轉(zhuǎn)錄組學(xué)：對(duì)轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)生的事件及其相互關(guān)系和意義進(jìn)行整體研究的一門科學(xué)。211.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究?jī)?nèi)容：對(duì)特定細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄與加工研究，包括轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)區(qū)的組裝、轉(zhuǎn)錄前體mRNA、RNA加帽、剪接體的形成與剪接。對(duì)轉(zhuǎn)錄物編制目錄（cataloging)，歸類研究。3)繪制動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)錄物圖譜。4)轉(zhuǎn)錄物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。221.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)：生物芯片技術(shù)

GeneChip將標(biāo)記的mRNA與點(diǎn)在固定支持物上的cDNA或寡核苷酸序列進(jìn)行雜交，雜交后每個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度就代表特定序列的表達(dá)水平。231.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)基因芯片的工作原理與經(jīng)典的核酸分子雜交方法(southern、northern)一致，均應(yīng)用已知核酸序列作為靶基因與互補(bǔ)的探針核苷酸序列雜交，通過(guò)隨后的信號(hào)檢測(cè)進(jìn)行定性與定量分析。具體講是將許多特定的寡核苷酸片段或cDNA基因片段作為靶基因，有規(guī)律地排列固定于支持物上，樣品DNA/RNA通過(guò)PCR擴(kuò)增、體外轉(zhuǎn)錄等技術(shù)摻入熒光標(biāo)記分子或放射性同位素作為探針，然后按堿基配對(duì)原理將兩者進(jìn)行雜交，再通過(guò)熒光或同位素檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)芯片進(jìn)行掃描，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)每一探針上的信號(hào)作比較和檢測(cè)，從而得出所需要的信息。

241.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)251.4蛋白質(zhì)組學(xué)澳大利亞的Wilkins和Wiliams(1994)在意大利舉行的第一屆國(guó)際雙向電泳會(huì)議上首次提出-蛋白質(zhì)組(proteome)的概念.1995年,Wasinger在Electrophoresis上首次發(fā)表蛋白質(zhì)組的研究文章,蛋白質(zhì)組被定義為:一個(gè)基因組編碼的全部蛋白質(zhì).1997年,Wilkins和Wiliams將蛋白質(zhì)組定義為:一個(gè)基因組或組織所表達(dá)的全部蛋白質(zhì).1999年,Nature雜志將蛋白質(zhì)組定義為:在一個(gè)細(xì)胞的整個(gè)生命過(guò)程中由基因組表達(dá)的以及表達(dá)后修飾的全部蛋白質(zhì).261.4蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué):整體水平上研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成及其活動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué).研究?jī)?nèi)容:不僅包括對(duì)細(xì)胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)的識(shí)別與定量化,還包括確定它們的細(xì)胞內(nèi)外的定位、修飾、相互作用、活性及其功能。271.4蛋白質(zhì)組學(xué)1）蛋白質(zhì)組學(xué)與單一蛋白質(zhì)的研究比較？2）蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)的比較？基因組學(xué)概念相比，由于基因組是基本穩(wěn)定的，一個(gè)生物體僅有一個(gè)確定的基因組，組成該生物體的所有不同細(xì)胞都含有相同的基因組。但基因組內(nèi)各個(gè)基因表達(dá)條件和表達(dá)的程度則隨時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境條件而不同，所有蛋白質(zhì)組作為一個(gè)整體在一個(gè)生物體的不同組織，在不同的發(fā)育條件下是不同的。281.4蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：雙向凝膠電泳生物質(zhì)譜生物信息學(xué)技術(shù)生物芯片技術(shù)酵母雙雜交系統(tǒng)291.5代謝物組學(xué)代謝（metabolism）：生物體從環(huán)境中攝取各種物質(zhì)作為原料合成其自身的物質(zhì)，也攝取大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行降解，把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)鍵能轉(zhuǎn)變成生物體所需的能量形式，此過(guò)程是一系列的生物化學(xué)過(guò)程被稱為代謝。E.coli微生物細(xì)胞內(nèi)有上千種代謝化學(xué)反應(yīng)，估計(jì)100多種分子起著核心作用。30311.5代謝物組學(xué)代謝物組（metabolome）：Tweeddale(1998):全部代謝物的庫(kù)（totalmetabolitepool)。代謝物組學(xué)（metabonomics,metabolomics)：“定量描述生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)