蛋白质组学全部全套ppt课件.ppt
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蛋白质组学,2022/10/3,第一章绪论功能基因组与蛋白质组1.基因研究是二十世纪生命科学研究的主线,生命科学回顾,1838Schleiden和Schwann细胞学说1859Darwin物种起源进化论1866Mendel孟德尔遗传定律1870-80sMiesher核酸物质核素1910-1913Morgen基因理论基因连锁1910Kossel分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸1940-50sGriffich和Avery肺炎双球菌转化试验DNA是遗传物质1953Watson和CrickDNA双螺旋模型1950sMcClintock跳跃基因1954Crick中心法则1960OchoaRNA聚合酶1961Jacob和Monod乳糖操纵子模型1966Nirenberg遗传密码1966GellertDNA连接酶,生命科学回顾(续),1970Smith限制性内切酶1970Temin逆转录酶1972Berg首次DNA重组1977Sanger和Gilbert首次DNA序列分析1981首次获得转基因动物(小鼠)1983首次获得转基因植物(烟草)1984人类基因组计划设想1986基因工程生物(GMO)首次环境释放1989美国首次接受GMO的专利申请1994转基因西红柿作为商品面世1997克隆羊Dolly诞生2001人类基因组框架图完成,基因研究是20世纪生命科学的主线20世纪上半叶,DNA双螺旋结构的提出20世纪下半叶,“中心法则”的问世20世纪90年代,全球性基因组计划尤其是人类基因组计划(HGP)的大力推进“后基因组时代”的到来蛋白质组学,基因组计划?
2.基因组计划1986年,人类基因组计划(HGP)于首次在Science杂志发表的一篇文章中提出.其目的是阐明人类基因组30亿个碱基对的序列,发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置,从而在整体上破译人类遗传信息。
该计划启动于1990年,原定15年完成,由于技术的成熟与基因组测序的规模化运作,以及来自商业竞争方面的压力,2000年6月26日基因组序列草图测序完成。
遗传图物理图序列图,基因组计划,1/2ofallgenes“identified”havenoknownfunction,这三条数据将提供此生物所有基因在染色体上的精确定位、基因内部序列以及基因的间隔序列。
-原核生物或低等真核生物。
人类基因组以及多种模式生物、重要生物基因组全序列的完成,标志着生命科学研究进入所谓的“后基因组时代(Postgenomeera)”,即产生了功能基因组学(FunctionalGenomics),转录组学蛋白质组学代谢组学表型组学相互作用组学,功能基因组学,功能基因组学采用一些新的技术,如转录组学应用微阵列(Microarray)、DNA芯片(DNAchip)及SAGE(Serialanalysisofgeneexpression)等技术,可对成千上万的基因表达进行分析比较,并从基因整体水平上对基因的活动规律进行阐述,力求从细胞水平上解决基因组问题,以建立对生命现象的整体认识。
蛋白质组学是后基因组学时代研究的中心,而以阐明生物体内蛋白质表达模式与功能模式为目标的蛋白质组学成为功能基因组学研究的重要内容之一。
3.蛋白质组学的提出蛋白质组(proteome):
PROTEOME=PROTEin+genOME澳大利亚学者Wilkins和Williams首次提出,意旨“一种基因组所表达的全套蛋白质”。
Swinbanks认为“proteome”代表一完整生物的全套蛋白质。
KahnP认为“proteome”反映不同细胞的不同蛋白质组合。
“proteome”三种不同的含义:
一个基因组、一种生物或一种细胞/组织所表达的全套蛋白质。
随着蛋白质组的提出,蛋白质组学(Proteomics)也自然而然地孕育产生。
蛋白质组学是研究蛋白质或应用大规模蛋白质分离和识别技术研究蛋白质组的一门学科,是对基因组所表达的整套蛋白质的分析。
蛋白质组学可以被广泛定义为生物样本中蛋白质的系统分析与存档,阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞内定位、相互作用研究等,最终揭示蛋白质功能网络。
蛋白质组学的诞生实质上是依赖于基因组测序计划的成功,该计划虽未对揭示生物体的本质提供更多的信息,但是它为更加广泛而有效的实验方法的产生提供了基本的平台,而这些实验方法将为鉴定基因组编码的基因,并最终理解这些基因产物在生命活动中的调控作用提供支撑。
蛋白质组学与基因组学的联系,蛋白质组与基因组相对应,也是一个整体的概念,是基因组表达的全部蛋白。
但两者又有根本的不同之处。
4.蛋白质组学与基因组学的联系与区别,同一个体的基因组不论是在不同的发育阶段或不同种类的细胞里都是一样的;,对于不同类型的细胞或同一个细胞在不同的生理状态下,蛋白质组的构成是不同的;,基因组,蛋白组,多样性,同一性,蛋白质组学与基因组学的区别,基因组,蛋白组,有限性无限性,基因组无论大小,其核苷酸的数量和序列是一定的,例如人类基因组长度为32亿个碱基对;对基因组序列的测定是一种“有限”的工作。
由于细胞内大部分蛋白质存在翻译后修饰,包括磷酸化、糖基化、酰基化等,很难确定蛋白质组的蛋白质数量;对蛋白质组的蛋白质种类的确定是一种“无限”的工作。
基因组,蛋白组,静态动态,一个个体的基因组自个体诞生到死亡,始终保持不变;,个体的蛋白质组,作为新陈代谢的主要执行者,在个体的生命活动中却总是变动的;蛋白质组学研究的一个重要任务是找出蛋白质组里发生变化的蛋白质。
基因组,蛋白组,周期性空间性,基因组通常位于细胞核内,比较稳定,序列和功能一般不受空间的影响,但是在发育的不同阶段和不同的细胞周期,mRNA的表达是不一样的;,不同的蛋白质分布在细胞的不同部位,它们的功能与其空间定位密切相关;许多蛋白质在细胞内不是静止的,他们常常在不同的亚细胞环境里运动而发挥作用;细胞的信号传导和转录调控也常常依赖于蛋白质的变化和运动。
基因组,蛋白组,孤立行为相互作用,基因组表达的各种mRNA是彼此孤立的,互不干扰;,蛋白质组中的各种蛋白质却是彼此间有着广泛的相互作用;蛋白质互作的研究有两类:
第一类是研究蛋白质相互作用的网络,第二类是研究蛋白质复合体组成。
基因组,蛋白组,单一手段多种技术,在基因组研究中,DNA测序技术是最基本和最主要的工具,因为基因组的均一性和简单性使得一种单一的技术就能胜任基因组的研究任务。
在蛋白质组研究中,需要的研究技术远远不止一种,并且技术的难度也远远大于基因组的研究技术;蛋白质组研究技术可以简单地分为两大类:
蛋白质组分离技术,蛋白质组的鉴定技术,其核心是质谱技术。
蛋白质组学与基因组学研究互补与互助,在质谱测定蛋白质的过程中,离不开对已知基因组的基因数据的比较;蛋白质组的数据可以帮助大大提高基因注释的正确率。
5.WhyProteomics?
Compartmentalization:
区分、划分Proteolysis:
蛋白水解,2001年,人类基因组序列图谱初稿的公布。
但是,基因只是遗传信息的载体,蛋白质才是生物细胞赖以生存的各种代谢和调控途径的主要执行者。
而这仅仅是基因水平的差别,2001年,人类基因组序列图谱初稿的公布,但是,基因只是遗传信息的载体,蛋白质才是生物细胞赖以生存的各种代谢和调控途径的主要执行者。
而蛋白质的差别也比基因差别更大,,生物间蛋白质数的差别基因数差别101-3,蛋白质组可能是生物复杂性进化的基础,“失之毫厘,差之千里”,因此,生物间蛋白质数的差别约是基因数差别的10到1000倍,可谓是:
“失之毫厘,差之千里”,因此,蛋白质组可能是生物复杂性进化的基础。
蛋白质的多样性,而作为生命的执行者,蛋白质又具有多样性,可谓是生命的万花筒。
比如它可以经过翻译后修饰的到不同作用的蛋白质;然后经过相互作用与不同的蛋白或者其他分子形成功能复合体。
而不同的构象则直接影响蛋白质的功能;此外经过翻译后拼接,不同蛋白质还可以成为融合蛋白,然后移位到合适的位置进一步发挥功能。
(1)从mRNA表达水平并不能预测蛋白表达水平用基因表达连续分析法研究对数生长期啤酒酵母的80个基因,结果没有发现翻译和转录丰度有明显相关;对某些基因,相同的mRNA丰度翻译成蛋白的量的差异可达50倍;而相等的蛋白量可由丰度相差40倍的mRNA转录而来。
这说明转录和翻译水平对蛋白的含量有几乎相同的重要性,WhyProteomics?
(2)蛋白质的动态修饰和加工并非必须来自基因序列蛋白质在翻译后有多种化学修饰,如糖基化、磷酸化、异戊二烯化、酰化作用等。
蛋白质在翻译后还有各种加工过程,如剪切(酶原降解、结构域拼接)等,不但可以改变其立体结构,而且是实施其功能与调节的重要结构基础。
WhyProteomics?
(3)蛋白质组动态地反映生物系统所处的状态细胞周期的特定时期、分化的不同阶段、对应的生长和营养状况、温度、应激和病理状态等其相应的蛋白质组之间存在差异。
对其中蛋白质合成、降解、加工、修饰的调控过程,只有通过蛋白质的直接分析才能提示。
WhyProteomics?
由此可见,基因虽然是遗传信息的源头,而功能性蛋白却是基因功能的执行体。
基因组计划的实现固然为生物有机体全体基因序列的确定,为未来生命科学研究奠定了坚实的基础,但是却不能够告诉人们那些基因在何时何地以何种程度表达,也就是说基因组它并不能直接提供认识各种生命活动的分子基础,其间必须研究生命活动的执行体-蛋白质这一重要环节。
蛋白质组的研究应运而生!
WhyProteomics?
6.蛋白质组学的研究意义,蛋白质是生理功能的执行者,是生命现象的直接体现者,对蛋白质结构和功能研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。
几乎所有的生理和病理过程,以及药物和环境因子的作用都依赖于蛋白质,并引起蛋白质的变化。
反之,对蛋白质组变化的分析也能提供对上述过程或结果的重要信息。
蛋白质组学的研究手段也可以应用于农业研究、环境保护等多方面。
蛋白质组研究不仅可实现与基因组的对接与确认,直接揭示生命活动规律和本质、人类重大疾患(病原体)致病的物质基础以及发生与发展的病理机制;而且可广泛推动生命科学基础学科以及分析、信息、材料等应用科学的发展;对提高我国生物医学原始创新能力、重大疾病防诊治能力和国民健康水平以及新药研发能力、对促进生物医药产业乃至国民经济的发展具有重大的战略意义,7.蛋白质组学的研究内容,了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类;,明确各种蛋白质分子是如何形成类似于电路的网络的;,描绘蛋白质的精确三维结构,揭示其结构上的关键部位,如与药物结合并且决定其活性的部位。
在蛋白质水平上定量、动态、整体地研究生物体,旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。
蛋白质组表达模式Thestudyofglobalchangesinproteinexpression,Proteomics,蛋白质组功能模式Thesystematicstudyofprotein-proteininteractionsthroughtheisolationofproteincomplexes,蛋白质组研究包括两个方面:
1)表达蛋白质组学蛋白质表达谱(组织、器官、细胞、亚细胞分布等)2)比较蛋白质组学比较不同蛋白质组的差异与相似性;3)结构蛋白质组学蛋白质三维结构的解析(X-ray/NMR/modelling);4)功能蛋白质组学蛋白质的功能和相互作用;5)蛋白质组学研究的技术平台与生物信息学分离、鉴定技术,分析软件和数据库。
蛋白质组学的分类,8.蛋白质组学的研究技术与路线,蛋白质分离技术凝胶双向电泳、HPLC;蛋白质鉴定技术Edman测序、质谱技术;图像分析与生物信息技术图像分析软件,数据库;相互作用研究技术酵母双杂交
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