什么是蛋白质组学？

导读

本文 将从蛋白质组学的定义，蛋白质组包含的类型，常用技术，面临的挑战等方面，对蛋白质组学进行一个简要的介绍。

1. 定义

“蛋白质组学”一词于 1995 年首次出现，被定义为对细胞系、组织或生物体所有蛋白质的大规模表征。

今天，蛋白质组学有两种定义。第一个是更经典的定义，将基因产物的大规模分析限制在仅涉及蛋白质的研究中。

第二个也是更具包容性的定义，将蛋白质研究与具有 genetic readout 的分析相结合，例如 mRNA 分析、基因组学和酵母双杂交分析。

然而，蛋白质组学的目标保持不变，即通过研究细胞的所有蛋白质而不是单独研究每个蛋白质来获得更全面和综合的生物学观点。

2. 蛋白质组

蛋白质组是在有机体、系统或生物环境中产生的一组蛋白质。例如，我们可以指一个物种（例如人）或一个器官（例如肝脏）的蛋白质组。蛋白质组不是恒定的；它因细胞而异，并随时间而变化。在某种程度上，蛋白质组反映了潜在的转录组，但是除了生产率之外，蛋白质活性还受到许多因素的调节。

proteome

3. 蛋白质组学

许多信息不能仅从基因研究中获得。例如，决定细胞表型的是蛋白质，而不是基因。仅仅通过研究基因组是不可能阐明疾病、衰老和环境影响的机制的。只有通过对蛋白质的研究，才能表征蛋白质修饰并确定药物靶点。

Proteomics

• 蛋白质组学用于研究：

1. 何时何地表达蛋白质；
2. 蛋白质生产率、降解率和稳态丰度；
3. 蛋白质是如何被修饰的；
4. 翻译后修饰 (PTM)，例如磷酸化）；
5. 蛋白质在亚细胞区室之间的运动；
6. 蛋白质参与代谢途径；
7. 蛋白质如何相互作用。

4. 类型

4.1. 蛋白质表达

• 蛋白质表达蛋白质组学

对因某些变量而不同的样本之间的蛋白质表达进行的定量研究被称为表达蛋白质组学。在这种方法中，可以比较样品之间整个蛋白质组或亚蛋白质组的蛋白质表达。来自这种方法的信息可以识别信号转导中的新蛋白质或识别疾病特异性蛋白质。

4.2. 结构

• 结构蛋白质组学

蛋白质组学研究的目标是绘制出蛋白质复合物的结构或存在于特定细胞器中的蛋白质，被称为“细胞图谱”或结构蛋白质组学。结构蛋白质组学试图识别蛋白质复合物或细胞器内的所有蛋白质，确定它们的位置，并表征所有蛋白质-蛋白质相互作用。结构蛋白质组学的一个例子是最近对核孔复合体的分析。通过纯化分离特定的亚细胞器或蛋白质复合物可以大大简化蛋白质组学分析。这些信息将有助于拼凑细胞的整体结构，并解释某些蛋白质的表达如何赋予细胞独特的特征。

4.3. 功能

• 功能蛋白质组学

“功能蛋白质组学”是许多特定的定向蛋白质组学方法的广义术语。在某些情况下，通过亲和层析分离特定的亚蛋白质组以供进一步分析。这可能包括分离蛋白质复合物或使用蛋白质配体分离特定类型的蛋白质。这种方法允许对一组选定的蛋白质进行研究和表征，并可以提供有关蛋白质信号、疾病机制或蛋白质-药物相互作用的重要信息。

5. 常用技术

• Fluorescence 2D Difference Gel Electrophoresis (2D-DIGE),Isotope-Coded Affinity Tag (ICAT),Stable Isotope Labeling with Amino Acids in Cell Culture (SILAC),18O Stable Isotope Labeling,Isobaric Tag for Relative and Absolute Quantitation (iTRAQ),MUDPIT,Protein array and Mass spectrometry.

荧光二维差异凝胶电泳 (2D-DIGE)、同位素编码亲和标签 (ICAT)、细胞培养中氨基酸稳定同位素标记 (SILAC)、18O 稳定同位素标记、用于相对和绝对定量的同位素标签 (iTRAQ)、MUDPIT , 蛋白质阵列和质谱分析。

由于不是实验出身，可能翻译不正确，望纠正

6. 挑战

与 DNA 的研究相比，蛋白质的研究具有许多独特的挑战。例如，没有与蛋白质 PCR 相当的方法，因此低丰度蛋白质的分析仍然是一个主要挑战。此外，在蛋白质相互作用研究中，必须保持蛋白质的天然构象才能获得有意义的结果。

7. 总结

尽管存在这些局限性，当蛋白质组学与分子生物学等其他互补技术相结合时，具有为生物学提供新见解的巨大潜力。全面研究复杂生物系统的能力最终将提供无法从研究单个蛋白质或蛋白质组中获得的答案。

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