基因組學(xué)課件

第二部分

化學(xué)生物學(xué)的概念和技術(shù).1第二部分

化學(xué)生物學(xué)的概念

第6章基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué).2第6章.2基因組作圖、測序基因組序列的解讀后基因組時代的研究熱點1.基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的內(nèi)容蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用2.蛋白質(zhì)組學(xué).3基因組作圖、測序1.基因蛋白質(zhì)組學(xué)的內(nèi)容2.蛋白質(zhì).3分子生物學(xué)研究目標(biāo)研究基因和蛋白質(zhì)的功能通過代謝網(wǎng)絡(luò)將他們聯(lián)系起來.4分子生物學(xué)研究目標(biāo)研究基因和蛋白質(zhì)的功能.4

分離鑒定

基因蛋白質(zhì)分子生物學(xué).5分離鑒定基因蛋白質(zhì)分子生物學(xué).5中心法則.6中心法則.6大規(guī)模的研究大量的數(shù)據(jù)計算機技術(shù)處理數(shù)據(jù).7大規(guī)模的研究大量的數(shù)據(jù)計算機技術(shù)處理數(shù)據(jù)Textinhere轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組基因組現(xiàn)代中心法則.8Text轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組基因組現(xiàn)代中心法則.8轉(zhuǎn)錄組學(xué)基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué).9轉(zhuǎn)錄組學(xué).96.1基因組學(xué)Genomics基因：物質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)，DNA分子上具有遺傳信息?；蚪M：細(xì)胞中全部基因的總和。.106.1基因組學(xué)Genomics基因：物質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)，DN前基因組時代的“釣魚”和后基因組時代的“撈魚”.11前基因組時代的“釣魚”和后基因組時代的“撈魚”.11

結(jié)構(gòu)功能進化基因組學(xué)

.12結(jié)構(gòu)功能進化基因組學(xué).12基因組學(xué)：基因組學(xué)（genomics）是指研究并解析生物體整個基因組的所有遺傳信息的學(xué)科?；蚪M計劃（GenomeProject）是指對人類以及其它生物體全基因組的測序工作(sequencing)。人類基因組計劃（HumanGenomeProject，HGP）：90年代提出并已基本完成，同40年代原子彈爆炸，60年代人類登月一起被認(rèn)為是二十世紀(jì)科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉。.13基因組學(xué)：基因組學(xué)（genomics）是指研究并解析生物體整人類基因組計劃20世紀(jì)80年代提出，由美、英、日、中、德、法等國參加2001年完成的針對人體23對染色體全部DNA的30億個堿基對序列進行排序?qū)Υ蠹s25000基因進行染色體定位構(gòu)建人類基因組遺傳圖譜和物理圖譜的國際合作研究計劃。.14人類基因組計劃20世紀(jì)80年代提出，由美、英、日、中、德、法HistoryoftheHumanGenomeProject1990OfficialstartofHGPwith3billion$anda15yearhorizon.1999SangerCentrepublisheschromosome222001DraftGenomepublished:Celera&Public2003Completion(almost)ofHumanGenomeCelera:CraigVenterIntl.Cons:FrancisCollins.15HistoryoftheHumanGenomePr2000年是基因組之年，完成了人類基因組的工作框架圖，完成了一系列模式生物和微生物的基因組序列分析。.162000年是基因組之年，完成了人類基因組的工作框架.17.17為什么選擇人類的基因組進行研究？.18為什么選擇人類的基因組進行研究？.18人類基因組的23對染色體.19人類基因組的23對染色體.19目的人類是在“進化”歷程上最高級的生物，有助于認(rèn)識自身、掌握生老病死規(guī)律；了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律、認(rèn)識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認(rèn)識疾病產(chǎn)生的機制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。.20目的人類是在“進化”歷程上最高級的生物，有助于認(rèn)識自身、掌握對人類的重要意義（1）對人類疾病基因研究的貢獻

人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。.21對人類的重要意義（1）對人類疾病基因研究的貢獻.21單基因遺傳病和復(fù)雜疾病.22單基因遺傳病和復(fù)雜疾病.22單基因病指由一對等位基因控制的疾病或病理性狀。常染色體顯性遺傳病

常染色體隱性遺傳病

致病基因在常染色體上，基因性狀是隱性的，即只有純合子時才顯示病狀。此種遺傳病父母雙方均為致病基因攜帶者，故多見于近親婚配者的子女。短指癥白化病

.23單基因病指由一對等位基因控制的疾病或病理性狀

單基因遺傳病的致病基因研究

我國有豐富的疾病資源，特別是一些我國特有的單基因遺傳病家系，可提供良好的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)新的致病基因..24單基因遺傳病的致病基因研究.24短指癥

貴州和湖南３個四代同堂的大家族，有４３人同樣一雙畸形的手，比正常人手指短了幾乎一節(jié)，中間指節(jié)或消失、或融合在其他指節(jié)中，腳趾同樣如此。.25短指癥貴州和湖南.25.26.26乳腺癌女性最常見的惡性腫瘤之一；發(fā)病率占全身各種惡性腫瘤的7-10%；發(fā)病常與遺傳有關(guān)，以及40—60歲之間、絕經(jīng)期前后的婦女發(fā)病率較高；僅約1-2%的乳腺患者是男性。.27乳腺癌女性最常見的惡性腫瘤之一；.27腺癌有明顯的家族遺傳傾向5％～10％的乳腺癌是家族性的如有一位近親患乳腺癌，則患病的危險性增加1.5～3倍；如有兩位近親患乳腺癌，則患病率將增加7倍。發(fā)病的年齡越輕，親屬中患乳腺癌的危險越大。.28腺癌有明顯的家族遺傳傾向.28基因診斷

采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的全新思路，發(fā)現(xiàn)了亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等一大批單基因遺傳病致病基因。為疾病的基因診斷和基因治療奠定了基礎(chǔ)。.29基因診斷.29定位克隆從染色體上已知位置出發(fā)，克隆或鑒定遺傳疾病相關(guān)的未知功能基因的技術(shù)。大量收集病人家系入手，從家系中分析所要克隆的致病基因的遺傳分離方式，找出與該基因緊密連鎖的遺傳標(biāo)志，確定標(biāo)志在染色體上的位置，從定位的染色體區(qū)段內(nèi)分離和克隆所要的基因，再進一步研究該基因的功能。.30定位克隆從染色體上已知位置出發(fā)，克隆或鑒定遺傳疾病相關(guān)的未知多基因疾病指某種疾病的發(fā)生受兩對以上等位基因的控制。遺傳

影響因素環(huán)境例子：心血管疾病、糖尿病、神經(jīng)精神類疾病

.31多基因疾病指某種疾病的發(fā)生受兩對以上等位基因的（2）對醫(yī)學(xué)的貢獻

基因診斷、基因治療療、基于基因組信息的疾病預(yù)防、疾病易感基因的識別、風(fēng)險人群生活方式、環(huán)境因子的干預(yù)等。.32（2）對醫(yī)學(xué)的貢獻.32（3）對細(xì)胞、胚胎、組織工程的推動

胚胎干細(xì)胞、克隆技術(shù)、器官再造。

干細(xì)胞

尚未分化發(fā)育的，能生成各種器官組織的全能細(xì)胞。主要來源于胚胎，分為全能干細(xì)胞和組織干細(xì)胞。

.33（3）對細(xì)胞、胚胎、組織工程的推動.33

日本東京理科大學(xué)研究人員從老鼠胚胎內(nèi)提取兩種干細(xì)胞，其中包含牙齒生長所需的完整遺傳信息。在實驗室里培育5天后，干細(xì)胞成長為微小的牙蕾。隨后，牙蕾被植入老鼠的下頜骨。5周后，新牙萌出。7周后，新牙完全長成。

日本科學(xué)家利用胚胎干細(xì)胞再造牙齒

.34日本東京理科大學(xué)研究人員從老鼠胚胎內(nèi)提.35.35（4）對制藥工業(yè)的貢獻

篩選藥物的靶點；與組合化學(xué)和天然化合物分離技術(shù)結(jié)合，建立高通量的篩選平臺；基因蛋白產(chǎn)物的高級結(jié)構(gòu)分析、預(yù)測、藥物模擬。.36（4）對制藥工業(yè)的貢獻.36藥物基因組學(xué)研究與個體化治療在臨床上對同樣一種疾病使用同一種藥物，不同的個體對藥物的敏感性和毒性反應(yīng)有很大的區(qū)別。這種區(qū)別主要由基因決定的,特別是藥物靶點基因、藥物代謝基因等的單核苷酸多態(tài)性，影響了藥物作用的強弱和藥物代謝的不同。.37藥物基因組學(xué)研究與個體化治療.37疾病診斷藥物1藥物2藥物3疾病診斷藥物1藥物2藥物3藥物敏感性測定目前的疾病治療將來的疾病治療.38疾病診斷藥物1藥物2藥物3疾病診斷藥物1藥物2藥物3藥物敏感.39.396.1.1基因組作圖和測序

.406.1.1基因組作圖和測序.40遺傳圖譜VS物理圖譜

遺傳圖譜是指基因或DNA標(biāo)志在染色體上的相對位置（或距離），通常以基因或DNA片段在染色體交換過程中的分離頻率（cM）來表示。cM值越大，兩者之間遺傳距離越遠(yuǎn)。

物理圖譜是指以已知序列的DNA片段在染色體上的實際位置，位點之間的距離（圖距）以堿基對（bp，kb，Mb）作為測量單位的基因組圖。.41遺傳圖譜VS物理圖譜遺傳圖譜是指基因或DNA標(biāo)志在6000多個遺傳標(biāo)記已經(jīng)能夠把人的基因組分成6000多個區(qū)域，可以找到某一致病的或表現(xiàn)型的基因與某一標(biāo)記鄰近的證據(jù)，把這一基因定位于這一已知區(qū)域，再對基因進行分離和研究。對于疾病而言，找基因和分析基因是個關(guān)鍵。

1.遺傳圖譜意義.426000多個遺傳標(biāo)記已經(jīng)能夠把人的基因組DNA分子標(biāo)記

限制性片段長度多態(tài)性RFLP

DNA序列上的微小變化，甚至1個核苷酸的變化，也能引起限制性內(nèi)切酶切點的丟失或產(chǎn)生，導(dǎo)致酶切片段長度的變化。.43DNA分子標(biāo)記限制性片段長度多態(tài)性RFLPRFLPWTMut.44RFLPWTMut.44.45.45簡單長度多態(tài)性SSLP

利用了存在于人類基因組中的大量重復(fù)序列，不同樣品的同一位點該序列的重復(fù)次數(shù)不同，表現(xiàn)出多態(tài)性。.46簡單長度多態(tài)性SSLP利用了存在于人類基因組

SSLP.47SSLP.47復(fù)雜性疾病的相關(guān)基因研究和疾病易感性分析

在復(fù)雜性疾病的中，由于基因的變異加環(huán)境和生活習(xí)慣等因素的共同影響，使得每個人對不同的疾病的易感性不同。基因變異的一個重要的指標(biāo)是單核苷酸多態(tài)性。.48復(fù)雜性疾病的相關(guān)基因研究和疾病易感性分析.48

單核苷酸多態(tài)性（SNP）

不同個體間在基因水平上的單核苷酸變異，平均每1000對鹼基出現(xiàn)一個SNP,2個無關(guān)個體間有300萬SNPs..49單核苷酸多態(tài)性（SNP）.49

最廣泛的遺傳標(biāo)記，分散于基因組中的單個堿基的差異，包括單個堿基的缺失和插入，常見的是單個核苷酸的替換，即單核苷酸的多態(tài)性。人類基因組發(fā)現(xiàn)了超過1000萬個SNP位點，平均每300bp中就有一個SNP！.50最廣泛的遺傳標(biāo)記，分散于基因組中的單個堿基.50SNPmarker.51SNPmarker.51SNP研究為了解疾病的發(fā)病機理，疾病的診斷及疾病易感性研究提供基礎(chǔ)。位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP以及位于基因表達調(diào)控區(qū)的SNP可能具有重要臨床意義和功能意義生物信息學(xué)可提供SNP的數(shù)據(jù)庫和功能預(yù)測.52SNP研究為了解疾病的發(fā)病機理，疾病的診斷及疾病易感性研究提可能具有重要功能意義的SNP位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP位于基因表達調(diào)控區(qū)如啟動子、增強子、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)、加尾信號的SNP位于外顯子和內(nèi)含子交界區(qū)域的SNP.53可能具有重要功能意義的SNP.532.物理圖譜

采用分子生物學(xué)的方法將基因或DNA分子標(biāo)記在基因組中構(gòu)建位置圖。方法限制性作圖熒光原位雜交序列標(biāo)簽位點.542.物理圖譜采用分子生物學(xué)的方法將基因或1）限制性酶切圖譜將限制性內(nèi)切酶位點標(biāo)記在DNA分子中一種酶切兩種酶混合切第二種酶切比較確定相對位置.551）限制性酶切圖譜將限制性內(nèi)切酶位點標(biāo)記在DNA分子中一種酶RE1RE2RE1

+RE2.56RE1RE2RE1+RE2.562）熒光原位雜交（FISH）的基本原理

用已知的標(biāo)記單鏈核酸為探針，按堿基互補的原則，與樣品染色體中未知的單鏈核酸進行異性結(jié)合，形成可被檢測的雜交雙鏈核酸。.572）熒光原位雜交（FISH）的基本原理用已知24色mFISH核型分析技術(shù)使用5種熒光染料按比例標(biāo)記探針，雜交后形成24條染色體各自呈現(xiàn)特異的熒光色彩以供核型分析；為研究人員提供了更豐富詳盡的細(xì)胞遺傳學(xué)信息，包括確定標(biāo)記染色體的來源、檢測微小的染色體易位和檢測復(fù)雜的染色體易位；為腫瘤細(xì)胞染色體分析提供了全新、高效的方法。.5824色mFISH核型分析技術(shù)使用5種熒光染料按比例標(biāo)記FISH基因定位

兩種或兩種以上的探針能同時與中期染色體雜交，根據(jù)兩種顏色雜交位點的相互位置，就能直接確定次序。.59FISH基因定位兩種或兩種以上的探針能同時熒光原位雜交特點具有快速；檢測信號強；雜交特異性高；可以多重染色等.60熒光原位雜交特點.603）序列標(biāo)簽位點（sequencetaggedsites,STS)

一段較短的、基因組中僅出現(xiàn)一次的DNA片段。

通過2個STS的距離進行定位。

.613）序列標(biāo)簽位點（sequencetaggedsites3.鏈終止法測序

利用一種DNA聚合酶來延伸結(jié)合在待定序列模板上的引物。直到摻入一種鏈終止核苷酸為止。每一次序測定由一套四個單獨的反應(yīng)構(gòu)成，每個反應(yīng)含有所有四種脫氧核苷酸三磷酸(dNTP)。限制：只能測幾百個堿基。

.623.鏈終止法測序利用一種DNA聚合酶來延Illumina/SolexaGeneticAnalyzer2000Mb/runAppliedBiosystemsABI3730XL1Mb/dayRoche/454GenomeSequencerFLX100Mb/runAppliedBiosystemsSOLiD3000Mb/run.63Illumina/SolexaAppliedBiosSangersequencing13maybe800bplong42.64Sangersequencing13maybe800b4.鳥槍法序列測定技術(shù)（shotgunsequencing)

將目的DNA隨機地處理成大小不同的片段，再將這些片段的序列連接起來的測序方法。隨機挑選帶有基因組DNA的質(zhì)粒進行末端序列測定，然后用計算機程序進行序列拼接。.654.鳥槍法序列測定技術(shù)（shotgunsequenci霰彈法

先將整個基因組打亂，切成隨機碎片，然后測定每個小片段序列，最終利用計算機對這些切片進行排序和組裝，并確定它們在基因組中的正確位置。

.66霰彈法先將整個基因組打亂，切成隨機碎片，然后BAC的構(gòu)建pBAC108L來自細(xì)菌的一個小型F質(zhì)粒，其中oriS和repE控制了質(zhì)粒的復(fù)制起始，parB和parA控制了拷貝數(shù)。100-150Kbpinsertion.67BAC的構(gòu)建100-150Kbpinsertion.67DNAtargetsampleSHEAR&SIZEe.g.,10Kbp±8%std.dev.EndReads/MatePairsCLONE&ENDSEQUENCE590bp10,000bpMate-PairShotgunDNASequencing.68DNAtargetsampleSHEAR&SIZEe細(xì)胞DNA超聲波破碎電泳分離插入表達載體提質(zhì)粒測序.69細(xì)胞DNA.69AssemblyoftheIndividualSequencesEventuallyallsequencingreads

mergetoasingleconsensussequence(alargecontig)foreachchromosome..70AssemblyoftheIndividualSeq缺點隨著所測基因組總量增大，所需測序的片段大量增加；高等真核生物（如人類）基因組中有大量重復(fù)序列，導(dǎo)致判斷失誤。.71缺點.71鳥槍法測序技術(shù)不能鑒別高等真核生物基因組中的重復(fù)序列

.72鳥槍法測序技術(shù)不能鑒別高等真核生物基因組中的重復(fù)序列.72.73.735.新一代測序技術(shù)微陣列分析.745.新一代測序技術(shù)微陣列分析.74優(yōu)點無需電泳大規(guī)模微型化.75優(yōu)點無需電泳.756.1.2基因組序列的解讀知道序列之后

分析序列.766.1.2基因組序列的解讀知道序列之后分析序列.76

非編碼DNA（垃圾DNA）：是指不能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列。

估計人類基因組大約有2～3萬個非編碼DNA，所以基因包含的DNA序列只占人類基因組總DNA序列的2%左右，有98%的信息是看似無用的“垃圾”。（1）基因的定位.77

（1）基因的定位.77非編碼DNA的功能

調(diào)節(jié)基因的活動，轉(zhuǎn)錄因子能特異識別基因附近的非編碼“垃圾”DNA，通過與它們相互作用參與基因的抑制與激活；假基因，與基因很像，但卻不能產(chǎn)生功能性蛋白，可能“犧牲”自己將不利因素引開，而保護真基因免受干擾；合成調(diào)節(jié)性RNA發(fā)揮功能。.78非編碼DNA的功能

調(diào)節(jié)基因的活動，轉(zhuǎn)錄因子能特異識別基因非編碼DNA的存在阻礙基因的定位

篩選出編碼DNA？.79非編碼DNA的存在阻礙基因的定位篩選出編碼DNA？ORF掃描開放閱讀框（Openreadingframe，ORF

）

由編碼蛋白質(zhì)的一系列密碼子組成，以從起始密碼子ATG開始到終止密碼子TAA、TAG、TGA結(jié)束。

ATGCGTAAAGGAGAAGAA

MRKGEECVKEKN

A*RRR.80ORF掃描開放閱讀框（Openreadingframe，

計算機掃描找出ATG開始，終止密碼子結(jié)束的ORF來定位基因。對原核生物有效，高等生物使用困難。.81.81cDNA測序

cDNA：與RNA鏈互補的單鏈DNA，以其RNA為模板，在適當(dāng)引物的存在下合成。mRNA反轉(zhuǎn)錄cDNA.82cDNA測序cDNA：與RNA鏈互補的單（2）基因功能的確定傳統(tǒng)遺傳學(xué)方法現(xiàn)代同源性分析.83（2）基因功能的確定傳統(tǒng)遺傳學(xué)方法.8進化樹.84進化樹.84基因同源性分析.85基因同源性分析.85基因敲除將細(xì)胞基因組中某基因去除或使基因失去活性的方法，是建立在基因同源重組技術(shù)基礎(chǔ)上。

.86基因敲除將細(xì)胞基因組中某基因去除或使基因失去活性的方基因突變輻射化學(xué)誘變劑隨機突變逆轉(zhuǎn)率病毒可用于動植物細(xì)胞的插入；農(nóng)桿菌介導(dǎo)的T-DNA轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)座子植物的插入；噬菌體可用于細(xì)菌基因敲除表型改變.87基因突變隨機突變逆轉(zhuǎn)率病毒可用于動植物細(xì)胞的插入；表型改RNA干擾基因敲除.88RNA干擾基因敲除.88（3）比較基因組學(xué)對同一物種不同個體以及不同物種的基因組進行比較,分析基因的大小、數(shù)量,基因排列順序,編碼序列與非編碼序列的特征以及物種進化關(guān)系等的學(xué)科。.89（3）比較基因組學(xué)對同一物種不同個體以及不同物種的基小麥基因組是人類基因組的5倍；水稻基因組已測序完成；比較水稻和小麥的基因組比對，分離小麥的基因。.90小麥基因組是人類基因組的5倍；.90可以揭示生命的起源、進化等重大生物學(xué)問題，具有潛在的實用價值。通過細(xì)菌和人類的基因組比較研究，有可能篩選出只在細(xì)菌中存在的基因，成為新的抗菌素的藥靶。通過在其他生物定位人類疾病基因的同源基因。.91可以揭示生命的起源、進化等重大生物學(xué)問題，具有潛在的實用價值（4）功能基因組學(xué)（后基因組學(xué)）利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實驗手段；通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學(xué)研究從對單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究。.92（4）功能基因組學(xué)（后基因組學(xué)）利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信1.DNA芯片2.用標(biāo)記的DNA與芯片雜交3.檢測信號.931.DNA芯片.93.94.94.95.95.96.96大多數(shù)固氮島內(nèi)的基因（包括nif

基因）在固氮條件下表達上調(diào)，表明固氮島內(nèi)新的固氮基因的存在。nif

基因固氮條件與非固氮條件下固氮基因的表達差異比較.97大多數(shù)固氮島內(nèi)的基因（包括nif基因）在固氮條件下表達應(yīng)用領(lǐng)域：基因表達分析；克隆選擇及文庫篩選（如cDNA文庫）基因突變檢測及遺傳病和腫瘤的診斷.98應(yīng)用領(lǐng)域：.986.1.3后基因組時代的研究熱點（1）個人基因組

可為癌癥、糖尿病或某些成癮患者量身繪制個性化基因測序藍圖，提供更加高效的個體醫(yī)療。在發(fā)病前進行干預(yù)防止疾病的發(fā)生；根據(jù)個人的基因特點用藥。

.996.1.3后基因組時代的研究熱點（1）個人基因組.991000美元測序個人基因組

2004年，1000萬美元現(xiàn)在，5000美元未來，1000美元。.1001000美元測序個人基因組.100（2）基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄基因組序列基因組信息傳遞方式蛋白質(zhì)功能復(fù)制轉(zhuǎn)錄.101（2）基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄基因組序列基因組信息傳遞方式蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄組學(xué)

在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的學(xué)科，從RNA水平研究基因表達的情況。研究對象：一個活細(xì)胞所能轉(zhuǎn)錄出來的所有mRNA。

.102轉(zhuǎn)錄組學(xué).102應(yīng)用

可以提供什么條件下什么基因表達的信息，并據(jù)此推斷相應(yīng)未知基因的功能，揭示特定調(diào)節(jié)基因的作用機制。比對正常人群和患者的轉(zhuǎn)錄組差異，篩選出與疾病相關(guān)的具有診斷意義的特異性表達差異，可以用于自閉癥的診斷。.103應(yīng)用可以提供什么條件下什么基因表達的信息，并據(jù)此推斷相（3）蛋白質(zhì)的合成和加工蛋白質(zhì)合成過程：翻譯的裝置的組裝和過程的調(diào)控。翻譯后修飾蛋白質(zhì)降解：完成功能后降解，防止沉積影響細(xì)胞的正常活動。.104（3）蛋白質(zhì)的合成和加工蛋白質(zhì)合成過程：翻譯的裝置的組裝和（4）基因組表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)：核苷酸序列不發(fā)生變化，但基因發(fā)生了可遺傳的變化現(xiàn)象。

胚胎不同的細(xì)胞（基因型相同）（表型不同）分化.105（4）基因組表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)：核苷酸序（5）基因組的進化蛋白質(zhì)、核算大分子如何形成？.106（5）基因組的進化蛋白質(zhì)、核算大分子如何形成？.原基因組protogenome

假說最早，原始的基因是RNA，可自我復(fù)制，還可指令一些簡單的生化反應(yīng)。

RNADNA反轉(zhuǎn)錄.107原基因組protogenome

假說RNADNA反轉(zhuǎn)錄.1新基因產(chǎn)生方式

通過基因組加倍生長基因重組外源基因水平轉(zhuǎn)移比較基因組學(xué)了解基因組的進化規(guī)律.108新基因產(chǎn)生方式通過基因組加倍生長比較基因組學(xué)了解基因組老山發(fā)現(xiàn)西漢王陵墓

提取DNA鑒定，女主人是中原人.109老山發(fā)現(xiàn)西漢王陵墓

A1501菌中特定的基因組成及兩端的保守基因提示，該區(qū)域在假單胞菌中可能為一個插入或者基因重組的熱點。

.110A1501菌中特定的基因組成及兩端的保守基因提示，該6.2

蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組(Proteome)一詞最早由澳大利亞學(xué)者Wilkins等于1994年提出。定義：指的一個細(xì)胞或生物體所有蛋白質(zhì)的總和。

蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)是對蛋白質(zhì)組的大規(guī)模和系統(tǒng)性的分析，在蛋白質(zhì)水平上定量、動態(tài)、整體性地研究生物體。.1116.2蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)的分離、鑒定；蛋白質(zhì)功能分析；蛋白質(zhì)相互作用。.112蛋白質(zhì)的分離、鑒定；.1126.2.1蛋白質(zhì)學(xué)的內(nèi)容蛋白質(zhì)組學(xué)的重要性整體水平上研究生命現(xiàn)象，為提取宏觀的生態(tài)學(xué)規(guī)律提供信息；基因滅活的方法研究基因和蛋白質(zhì)功能的方法在一些情況下不能提供準(zhǔn)確信息；細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)數(shù)目過多，不同位置具有不同功能，蛋白質(zhì)組學(xué)方法可以研究蛋白質(zhì)在特定時間、位置的功能；為靶點藥物的設(shè)計提供新的思路。.1136.2.1蛋白質(zhì)學(xué)的內(nèi)容蛋白質(zhì)組學(xué)的重要性.113蛋白質(zhì)組具有多樣性和可變性的特點（1）蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量在同一機體的不同細(xì)胞中是各不相同的。（2）同一細(xì)胞，在不同時期、不同條件下，蛋白質(zhì)組也是在不斷改變的。（3）在病理或治療過程中，細(xì)胞蛋白質(zhì)的組成及其變化與正常生理過程的也不同。.114蛋白質(zhì)組具有多樣性和可變性的特點.114.115.115.116.116蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容

蛋白質(zhì)的序列和高級結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)）

X-射線單晶衍射分析核磁共振波譜分析結(jié)構(gòu)測定方法.117蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容

蛋白質(zhì)的序列和高級結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)

基因序列蛋白質(zhì)序列蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)功能.118基因序列蛋白質(zhì)序列蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)功能.118(2)

表達蛋白質(zhì)組學(xué)Yourtextinhere鑒定

研究細(xì)胞或組織內(nèi)蛋白質(zhì)的表達模式及修飾情況。分離定量分析表達蛋白質(zhì)組學(xué).119(2)表達蛋白質(zhì)組學(xué)Yourtextinher對蛋白質(zhì)組表達模式的研究

檢測細(xì)胞、組織中的蛋白質(zhì)，建立蛋白質(zhì)定量表達圖譜;在整個蛋白質(zhì)組水平上提供了研究細(xì)胞通路、疾病、藥物相互作用和一些生物刺激引起的功能紊亂的可能性;對尋找疾病診斷標(biāo)志、篩選藥物靶點、毒理學(xué)研究等具有重要作用。.120對蛋白質(zhì)組表達模式的研究

.120關(guān)鍵技術(shù)雙相電泳多維液相色譜質(zhì)譜快速、高通量.121關(guān)鍵技術(shù)雙相電泳快速、高通量.121(3)功能蛋白質(zhì)組學(xué)

澳大利亞，美國，歐洲和日本等己紛紛成立了有關(guān)的研究機構(gòu)和公司；美國各大學(xué)和大制藥廠，均迅速啟動了蛋白質(zhì)組學(xué)研究。.122(3)功能蛋白質(zhì)組學(xué)澳大利亞，美國，歐洲和日本等己紛紛重大疾病相關(guān)生理病理過程的功能蛋白質(zhì)組學(xué)肝腫瘤細(xì)胞相關(guān)的功能蛋白質(zhì)組譜和關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)與功能；線粒體相關(guān)的功能蛋白質(zhì)組譜和關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究紅細(xì)胞膜相關(guān)的功能蛋白質(zhì)組譜和關(guān)鍵蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究；

.123重大疾病相關(guān)生理病理過程的功能蛋白質(zhì)組學(xué).123研究方法同源性分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似性分析.124研究方法同源性分析.124(4)細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué)

確定蛋白質(zhì)在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的位置，通過純化細(xì)胞器或用質(zhì)譜儀鑒定蛋白復(fù)合物組成等。研究蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的行為、運輸及蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，它對確定蛋白質(zhì)功能和疾病診療的靶位極有價值。

.125(4)細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué).125(5)相互作用蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)之間和核酸之間和其它小分子.126(5)相互作用蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)之間.126ProteinInteractions.127ProteinInteractions.127二惡英對細(xì)胞色素P450酶基因轉(zhuǎn)錄的影響.128二惡英對細(xì)胞色素P450酶基因轉(zhuǎn)錄的影響.128蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò).129蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò).129為什么要用網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)能更清楚的表示大量元素間的復(fù)雜關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)這種形式可以更好的解釋結(jié)構(gòu)和功能間相互影響的關(guān)系。進一步的研究可以理解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中疾病的機理。.130為什么要用網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)能更清楚的表示大量元素間的復(fù)雜關(guān)系。.1互相作用研究的意義闡明蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的代謝途徑；研究蛋白質(zhì)自身的功能；研究疾病的產(chǎn)生和發(fā)展。.131互相作用研究的意義闡明蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的代謝途徑；.1316.2.2蛋白質(zhì)組學(xué)中用的技術(shù)、方法蛋白質(zhì)分離技術(shù)（1）雙向電泳等電聚焦（IEF）SDS.1326.2.2蛋白質(zhì)組學(xué)中用的技術(shù)、方法蛋白質(zhì)分離技術(shù)等電聚.133.133等電聚焦第1步分離pH3pH10.134等電聚焦第1步分離pH3pH10.等點聚焦pH梯度建立的方法：1.使用合成的兩性電解質(zhì)，上樣前加電場2.使用固相pH梯度膠，膠中固定好兩性電解質(zhì).135等點聚焦pH梯度建立的方法：1.使用合成的兩性電解質(zhì)，上樣前第2步分離蛋白質(zhì)按分子量分離pH3pH10.136第2步分離蛋白質(zhì)按分子量分離pH3pHＳＤＳ－ＰＡＧＥ

聚丙烯酰胺凝膠電泳是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有分子篩效應(yīng)。蛋白在其中依三種因素分開：蛋白大小，形狀和電荷。解聚后的氨基酸側(cè)鏈和SDS結(jié)合成蛋白-SDS膠束，所帶的負(fù)電荷大大超過了蛋白原有的蛋白量，這樣就消除了不同分子間的電荷差異和結(jié)構(gòu)差異。蛋白質(zhì)亞基的電泳遷移率主要取決于亞基分子量的大小，電荷因素可以忽視。.137ＳＤＳ－ＰＡＧＥ聚丙烯酰胺凝膠電泳是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有分子篩.138.138.139.1392D-Gel

.1402D-Gel

.140.141.141（2）液相色譜（層析法）譜法兩相固定相：固定不動的

流動相：不斷流過固定相

利用待分離的各種物質(zhì)在兩相中的親和能力的不同來進行分離的。分離原理.142（2）液相色譜（層析法）譜法兩相固定相：固定不分類按兩相的狀態(tài)分

氣相色譜法（GC）和液相色譜法（LC）。

按分離機制分親和色譜離子交換色譜反相色譜尺寸排阻色譜.143分類按兩相的狀態(tài)分親和色譜.143缺點不能像雙向電泳直觀看到蛋白質(zhì)點；不能推算其等電點和分子量。.144缺點不能像雙向電泳直觀看到蛋白質(zhì)點；.144色譜：優(yōu)勢在于分離，但其難以得到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，主要依靠與標(biāo)準(zhǔn)物對比來判斷未知物，對無紫外吸收化合物的檢測還要通過其它途徑進行分析。

質(zhì)譜：能夠提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，用樣量少，但其分析的樣品需純化，具有一定的純度之后才可以直接進行分析。.145色譜：優(yōu)勢在于分離，但其難以得到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，液質(zhì)聯(lián)用（HLPC-MS）①分析范圍廣，MS幾乎可以檢測所有的化合物；②分離能力強，在色譜上沒有完全分離開，通過MS的特征離子質(zhì)量色譜圖來進行定性定量；定性分析結(jié)果可靠，給出每一個組分的分子量和豐富的結(jié)構(gòu)信息；④檢測限低，MS具備高靈敏度；⑤分析時間快；⑥自動化程度高。.146液質(zhì)聯(lián)用（HLPC-MS）①分析范圍廣，MS幾乎可以檢測2.

蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)（1）抗體鑒定

親和色譜抗體芯片免疫共沉淀.1472.蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)（1）抗體鑒定.147

抗體獲得不容易每種抗原均需要抗體靈敏度和特異性問題缺點.148缺點.148（2）降解測序法

Edman降解法異硫氰酸苯酯PITC縮短一個氨基酸.149（2）降解測序法Edman降解法異硫限制：每次測30-40個氨基酸。解決方法：蛋白內(nèi)切酶處理成小段。

.150限制：每次測30-40個氨基酸。.150（2）質(zhì)譜在蛋白質(zhì)鑒定中的應(yīng)用

質(zhì)譜法是一種按照離子的質(zhì)核比（m/z）大小對離子進行分離和測定的方法。 質(zhì)核比：離子質(zhì)量與它所帶電荷的比值。.151（2）質(zhì)譜在蛋白質(zhì)鑒定中的應(yīng)用 質(zhì)譜法是一種按照離子的質(zhì)核（1）準(zhǔn)確測定物質(zhì)的分子量（2）根據(jù)碎片特征進行化合物的結(jié)構(gòu)分析分析時，首先將分子離子化，然后利用離子在電場或磁場中運動的性質(zhì)，把離子按質(zhì)核比大小排列成譜，此即為質(zhì)譜。質(zhì)譜法的主要作用.152（1）準(zhǔn)確測定物質(zhì)的分子量質(zhì)譜法的主要作用.152種類基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時間（MALDI-TOF）電噴霧離子化質(zhì)譜（ESI）檢測器.153種類基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時間（MALDI-TOF）檢測電噴霧質(zhì)譜.154電噴霧質(zhì)譜.154組分分子被一束加速電子碰撞撞擊使分子電離形成正離子離子也可因撞擊強烈而形成碎片離子荷電離子被加速電壓加速，產(chǎn)生一定的速度v與質(zhì)量、電荷及加速電壓有關(guān).155組分分子被一束加速電子碰撞.155肽質(zhì)量指紋圖譜（PeptideMassFingerprinting,PMF）

蛋白質(zhì)被識別特異酶切位點的蛋白酶水解后得到的肽片段的質(zhì)量圖譜。

每種蛋白的氨基酸序列不同，當(dāng)?shù)鞍姿夂螽a(chǎn)生的肽片段序列也各不相同，因此其肽質(zhì)量指紋圖也具有特征性。.156肽質(zhì)量指紋圖譜（PeptideMassFingerpri電腦數(shù)據(jù)搜索.157電腦數(shù)據(jù)搜索.1573.

蛋白質(zhì)定量技術(shù)細(xì)胞不同的發(fā)育階段或疾病發(fā)展不同階段的蛋白質(zhì)量的改變，需進行定量。1）差異凝膠電泳（DIGE)不同的蛋白使用不同的染料標(biāo)記.1583.蛋白質(zhì)定量技術(shù)細(xì)胞不同的發(fā)育階段或疾.159.159缺點熒光標(biāo)簽的靈敏度較低染料對的標(biāo)記可能影響蛋白質(zhì)的溶解性和遷移速率.160缺點熒光標(biāo)簽的靈敏度較低.1602）質(zhì)譜對蛋白質(zhì)定量使用含有輕同位素和重同位素的試劑標(biāo)記蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析輕重同位素的峰面積蛋白質(zhì)豐度混合.1612）質(zhì)譜對蛋白質(zhì)定量使用含有輕同位素和重同位素的試劑標(biāo)記蛋(1)同位素標(biāo)記的親和標(biāo)簽（ICAT）

輕同位素標(biāo)簽重同位素標(biāo)簽分別標(biāo)記后混合蛋白酶解成小肽段HPLC分離MS分析比較峰面積ICAT試劑過程.162(1)同位素標(biāo)記的親和標(biāo)簽（ICAT）（2）體內(nèi)同位素標(biāo)記（SILAC）細(xì)胞培養(yǎng)液中氨基酸穩(wěn)定同位素標(biāo)記。正常氨基酸含同位素氨基酸ＨＣＮ15132提取蛋白質(zhì)，質(zhì)譜分析比較.163（2）體內(nèi)同位素標(biāo)記（SILAC）細(xì)胞培養(yǎng)體內(nèi)同位素標(biāo)記同位素親和標(biāo)簽標(biāo)記.164體內(nèi)同位素標(biāo)記同位素親和標(biāo)簽標(biāo)記.164（3）同位素標(biāo)記相對和絕對定量（iTRAQ）iTRAQ試劑：四種分子為145Da的同位素分子，可以與多肽氨基端發(fā)生共價連接，通過LC\MS分析，比較四種蛋白質(zhì)的豐度。iTRAQ

114

115

116

117.165（3）同位素標(biāo)記相對和絕對定量（iTRAQ）iTRAQ試劑：.166.166iTRAQ結(jié)合液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠快速、有效地進行差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)一些蛋白與乳腺癌的發(fā)生以及中醫(yī)舌苔形成機制相關(guān)。

.167iTRAQ結(jié)合液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠快速、有效地進行4.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析

方法：

X射線晶體學(xué)核磁共振技術(shù).1684.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析方法：.1681）X射線晶體學(xué)通過X射線衍射研究結(jié)晶物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的學(xué)科。利用電子對X射線的散射作用，獲得晶體中電子密度的分布情況，再從中分析獲得原子的位置信息，即晶體結(jié)構(gòu)。

.1691）X射線晶體學(xué)通過X射線衍射研究結(jié)晶物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的學(xué)科。.研究方法晶體生長衍射數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)分析晶體結(jié)構(gòu)解析

.170研究方法晶體生長衍射數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)分析晶蛋白晶體懸滴法.171蛋白晶體懸滴法.171衍射數(shù)據(jù)收集

.172衍射數(shù)據(jù)收集

.172電子密度圖＋蛋白質(zhì)序列蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu).173電子密度圖＋蛋白質(zhì)序列.1732）核磁共振技術(shù)（NMR）

13C，15N等原子核在外加磁場的作用下發(fā)生能量分裂，原子核在高低能級之間躍遷，發(fā)射出可被檢測的電磁波。

通過NMR分析，推算相關(guān)原子間的距離，構(gòu)建蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。.1742）核磁共振技術(shù)（NMR）

13C，15N.175.175.176.176NMR實驗對蛋白的要求

①mg量級的蛋白質(zhì)

②溶解度大

③高純度

④無聚集

⑤足夠穩(wěn)定:一周

⑥大蛋白質(zhì)需要15N標(biāo)記或13C，15N雙標(biāo)記。

.177NMR實驗對蛋白