23 基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué).ppt

1、科學(xué)出版社案例式教材生物化學(xué)課件,1,第二十三章,基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué),基因組 在個體水平代表個體所有遺傳性狀的總和； 在細(xì)胞水平,是一個細(xì)胞所有染色體的總和； 從分子角度認(rèn)識,它代表了一個物種的所有DNA分子的總和。,人： 約30億對核苷酸的DNA分子構(gòu)成，可編碼 約3-4萬個基因,第1節(jié) 概 述,一、人類基因組計劃(Human Genome Project),（一）HGP的誕生和啟動,1986年，美國學(xué)者R. Dulbecco發(fā)表題為癌 癥研究的轉(zhuǎn)折點測定人類基因組的短文,1990年，美國國會批準(zhǔn)了一個15年的人類基 因組研究計劃，總資助額為30億美元,1994年，我國啟動了相關(guān)研究項目,

2、1999年，我國獲準(zhǔn)加入HGP,（二）HGP的實施和進展,1999年- Nature雜志發(fā)表了人類第22號染色體DNA全序列測定的論文 2001年- 人類基因組“中國卷”的繪制工作宣告完成 2006年- 人類最后一個染色體、也是破譯難度最大的一個染色體1號染色體的基因測序圖的公布,（三）HGP的研究內(nèi)容,1.人類基因組的作圖和測序,遺傳圖譜,物理圖譜,序列圖譜,轉(zhuǎn)錄圖譜,2. 對一系列模式生物體基因組的全序列測定,3. 發(fā)展基因組研究的新技術(shù)，研究HGP的其他相關(guān)學(xué)科,培訓(xùn)該領(lǐng)域的科學(xué)家,1986年，美國科學(xué)家Thomas Roderick首次提出基因組學(xué)（genomics） 現(xiàn)在的基因組研究

3、包括 * 以全基因組測序為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structural genomics） *以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)（functional genomics） 又被稱為后基因組學(xué)。,二、基因組學(xué)的提出,三、蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生,蛋白質(zhì)組（proteome） 一個基因組、一個細(xì)胞或組織或一種生物體所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。 一個生物體的基因組是相對穩(wěn)定的，而蛋白質(zhì)組則是一個動態(tài)的概念 蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）,第2節(jié) 基因組學(xué)研究,一、基因組學(xué)的概念 基因組學(xué)是研究生物體基因組的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、以及基因之間相互作用的科學(xué)。 包括基因組作圖、核苷酸序列分析、基因定位、基因功能分析及

4、調(diào)控研究等。 分為結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué),二、基因組學(xué)的研究內(nèi)容,（一）結(jié)構(gòu)基因組學(xué),四張圖譜,遺傳圖譜,物理圖譜,序列圖譜,轉(zhuǎn)錄圖譜,遺傳圖譜： 通過遺傳重組所得到的基因或DNA標(biāo)記在染色體上的線性排列圖譜。 圖距單位：cM（厘摩） 遺傳標(biāo)記： 限制性片段長度多態(tài)性（RFLP） 限制性片段長度多態(tài)性（ RAPD ） 擴增片段長度多態(tài)性 （AFLP） 短串聯(lián)重復(fù)序列（STR） 單核苷酸多態(tài)性 （SNP）,圖23-1 人類染色體結(jié)構(gòu)示意圖,物理圖譜： *以序列標(biāo)志位點（STS）為作圖標(biāo)志，圖距以bp、kb、Mb為單位的基因組圖譜。 * DNA序列分析和基因組結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)。,圖23-2 構(gòu)建

5、物理圖譜的兩種技術(shù)線路示意圖,序列圖譜： 是物理圖譜的延伸，是最詳細(xì)、最準(zhǔn)確的物理圖譜。,轉(zhuǎn)錄圖譜： 即為基因圖譜，是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達(dá)模式等信息的圖譜，亦稱cDNA圖譜或表達(dá)序列標(biāo)簽（EST）圖譜。,功能基因組學(xué)是建立在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究基礎(chǔ)上的基因組分析 。,主要包括： 基因功能發(fā)現(xiàn)、基因表達(dá)分析、突變檢測及模式生物研究等，并且這幾方面都與生物信息學(xué)密切相關(guān),（二）功能基因組學(xué),1識別和鑒定基因信息 2注釋基因產(chǎn)物的功能 3研究基因組的表達(dá)調(diào)控 4研究基因組的多樣性 5比較基因組學(xué)研究,三、基因組學(xué)相關(guān)學(xué)科的誕生,新生學(xué)科： 疾病基因組

6、學(xué)（disease genomics） 藥物基因組學(xué)（phamarcogenomics） 營養(yǎng)基因組學(xué)（nutritional genomics） 環(huán)境基因組學(xué)（environmental genomics） 病理基因組學(xué)（pathogenomics） 生殖基因組學(xué)（reproductive genomics） 群體基因組學(xué)（population genomics） 生物信息學(xué)（bioinformatics）,*蛋白質(zhì)組學(xué)是從整體水平研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其活動規(guī)律的科學(xué)。 *蛋白質(zhì)組學(xué)是對不同時間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)群體的研究 *總體上分為： 對蛋白質(zhì)表達(dá)模式的研究 對蛋白質(zhì)組

7、功能模式的研究,一、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念,第3節(jié) 蛋白質(zhì)組學(xué)研究,蛋白質(zhì)組作用、成分鑒定、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、新型蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、同源蛋白質(zhì)比較、蛋白質(zhì)加工和修飾分析 基因產(chǎn)物識別、基因功能鑒定、基因調(diào)控機制分析 及對蛋白質(zhì)表達(dá)后在細(xì)胞內(nèi)的定位研究 重要生命活動的分子機制研究 分子醫(yī)學(xué)方面的研究,二、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容,三、蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)體系,蛋白質(zhì)組學(xué)研究包括三個主要步驟： 蛋白質(zhì)分離 蛋白質(zhì)鑒定 鑒定結(jié)果的存儲、處理、對比和分析,蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)體系包括： 樣品制備、雙向凝膠電泳、蛋白質(zhì)染色、凝膠圖像分析、蛋白質(zhì)分析、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫 其中雙向凝膠電泳技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)、計算機圖像分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)是

8、三大基本支撐技術(shù),（一）蛋白質(zhì)分離技術(shù),蛋白質(zhì)分離技術(shù)主要包括雙向凝膠電 泳、雙向高效柱層析等 1雙向凝膠電泳 第一向是基于蛋白質(zhì)的等電點不同采用 等電聚焦的方法分離 第二向是按分子量大小的不同采用SDS-PAGE分離,2雙向高效柱層析 先將蛋白質(zhì)混合樣品進行一次凝膠過濾（分子篩）層析 再利用蛋白質(zhì)表面疏水性質(zhì)進行反向柱層析分離,（二）蛋白質(zhì)鑒定技術(shù),Edman降解法測定N-末端序列 質(zhì)譜技術(shù) 氨基酸組成分析,目前質(zhì)譜技術(shù)已成為蛋白質(zhì)鑒定的核心技術(shù),（三）生物信息學(xué),生物信息學(xué)常由數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件三大部分組成 能高效地進行基因組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析，而且可以對已知或新的基因產(chǎn)物進行全面的功能分析,（四）蛋白質(zhì)相互作用的研究方法,常規(guī)技術(shù)：蛋白質(zhì)親和層析、免疫印跡、免疫共沉淀及蛋白質(zhì)交聯(lián) 等 新技術(shù)：酵母雙雜交統(tǒng)和反向雜交系統(tǒng)、噬菌體展示、生物傳感芯片質(zhì)譜、及蛋白質(zhì)工程中的定點誘變技術(shù)等,基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)研究在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,第4節(jié),一、基因組學(xué)研究在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,（一）用于人類疾病相關(guān)基因鑒定 （二）用于癌癥研究 （三）用于基因與環(huán)境相互作用研究 （四）用于了解遺傳因素在人類健康和疾 病中作用的研究