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):

生物體是一個多層次、多功能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，研究其運動變化規(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,從個體到器官,從器官到組織,從組織到細胞,再從細胞到分子,最終力求在基因水平上尋找個體生命現(xiàn)象的根源.生命科學(xué)的研究幾乎呈現(xiàn)出以基因為中心的勢態(tài).6

“基因決定論”、“還原論”在高等動物、植物轉(zhuǎn)基因研究中常出現(xiàn)外源目的基因表達沉默、表達水平太低、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)基因動植物產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。婦女細胞中BRCAI基因發(fā)生突變，該婦女到60歲后約有70%的概率會患乳腺癌。那么還有30%的女性未患癌癥？7

“基因決定論”、“還原論”Dulbecco1975年諾貝爾獎要徹底闡明癌癥的發(fā)生、演變侵襲和轉(zhuǎn)移的機制，必須對人體細胞的基因組（即全部基因）在整體上進行全序列分析。1986年，Dulbecco提出了進行人類基因組計劃研究的建議。2005年，Goodman等認為復(fù)雜多細胞生物的基因調(diào)控受到多個層次的相互制約:有機體個體調(diào)節(jié)、細胞調(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:是一種生物體或個體細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、時序表達模式和功能，并提供有關(guān)物種及其細胞功能的進化信息。特點：強調(diào)進行細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體外擴增技術(shù)-PCR

高通量自動化DNA測序技術(shù)基因組數(shù)據(jù)庫及分析軟件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（焦磷酸測序法）15Megabase毛細管自動測序儀16171.2基因組學(xué)pyrosequencing（焦磷酸測序法）：單鏈DNA模板被合成互補鏈，4種dNTP按與模板堿基互補的原則依次有序地結(jié)合到模板上，每當(dāng)一個dNTP成功地加到模板時會釋放出焦磷酸（ppi），其釋放數(shù)量與結(jié)合進入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：

NCBI、EMBL、DDBJ、Expasy201.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組:1)從一個細胞的基因組中被轉(zhuǎn)錄出來的全部mRNA.2)一個細胞、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)：對轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)生的事件及其相互關(guān)系和意義進行整體研究的一門科學(xué)。211.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究內(nèi)容：對特定細胞的轉(zhuǎn)錄與加工研究，包括轉(zhuǎn)錄因子在啟動區(qū)的組裝、轉(zhuǎn)錄前體mRNA、RNA加帽、剪接體的形成與剪接。對轉(zhuǎn)錄物編制目錄（cataloging)，歸類研究。3)繪制動態(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將標記的mRNA與點在固定支持物上的cDNA或寡核苷酸序列進行雜交，雜交后每個點的強度就代表特定序列的表達水平。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的探針核苷酸序列雜交，通過隨后的信號檢測進行定性與定量分析。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PCR擴增、體外轉(zhuǎn)錄等技術(shù)摻入熒光標記分子或放射性同位素作為探針，然后按堿基配對原理將兩者進行雜交，再通過熒光或同位素檢測系統(tǒng)對芯片進行掃描，由計算機系統(tǒng)對每一探針上的信號作比較和檢測，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際雙向電泳會議上首次提出-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:一個基因組或組織所表達的全部蛋白質(zhì).1999年,Nature雜志將蛋白質(zhì)組定義為:在一個細胞的整個生命過程中由基因組表達的以及表達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):整體水平上研究細胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成及其活動規(guī)律的一門科學(xué).研究內(nèi)容:不僅包括對細胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)的識別與定量化,還包括確定它們的細胞內(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，一個生物體僅有一個確定的基因組，組成該生物體的所有不同細胞都含有相同的基因組。但基因組內(nèi)各個基因表達條件和表達的程度則隨時間、地點和環(huán)境條件而不同，所有蛋白質(zhì)組作為一個整體在一個生物體的不同組織，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)，也攝取大量營養(yǎng)物質(zhì)進行降解，把營養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)鍵能轉(zhuǎn)變成生物體所需的能量形式，此過程是一系列的生物化學(xué)過程被稱為代謝。E.coli微生物細胞內(nèi)有上千種代謝化學(xué)反應(yīng)，估計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（totalmetabolitepool)。代謝物組學(xué)（metabonomics,metabolomics)：“定量描述生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)