【正文】 modifications, interactions, activities, and, ultimately, their function.‖(Stanley Fields. Proteomics in Genomeland. Science 16 February 2022 291: 12211224) 從認識生命的科學(xué)理論體系看， 蛋白質(zhì)組學(xué)屬于系統(tǒng)生物學(xué)的范疇。其基本的研究思路是建立在將生物系統(tǒng)分解，或還原成各個組成部分的基礎(chǔ)上。 ? 但是，還原主義研究策略的固有缺陷是難以從整體上了解生命系統(tǒng)的協(xié)同行為，更談不上去了解生命系統(tǒng)協(xié)同行為的變化如何導(dǎo)致人類疾病的發(fā)生、發(fā)展，以及生命現(xiàn)象紛繁復(fù)雜的變化。它借助和發(fā)展多學(xué)科交叉的新的技術(shù)策略和方法，研究生命系統(tǒng)中所有組成成分的系統(tǒng)行為、相互聯(lián)系以及動力學(xué)特性，進而揭示生命系統(tǒng)的基本規(guī)律與調(diào)控手段。 將當(dāng)前生物科學(xué)知識全面系統(tǒng)地聯(lián)系在一起組建超級數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò) 對盲人摸象認識論的革命 ? 盲人摸象這個諺語是對 “ 只見樹木、不見森林 ” 認識論的諷刺。 ? 隨著對大象表觀基因組、基因組、轉(zhuǎn)錄組，蛋白質(zhì)組以及糖組越來越精確的分析，人們越來越多地了解到事物的整體屬性及其本質(zhì)。 整體由部分構(gòu)成 圖片來源： Wildlife Stock Pictures Mining proteomes To identify as many ponents of the proteome as possible Mapping of proteomes of various anisms and tissues Comparison of protein expression levels for the detection of disease biomarkers Department of Genomics amp。 Biochemistry Stanley Fields. Proteomics in Genomeland. Science 16 February 2022 291: 12211224 Ⅲ 、關(guān)于蛋白質(zhì) Proteins are polyamides, their monomeric units are prised of 20 different ? amino acids Proteins ? main building blocks and functional molecules of the cell ? 20% of cell weight (water: 70%) ? four levels of structure ? 3 – 10 nm Function of Proteins ? Enzymatic proteins (catalysts for such functions as digestion) ? Structural proteins . collagen and elastin (connective tissue) ? Contractile proteins . myosin (muscle movement) ? Transport proteins . hemoglobin molecules (oxygen transport) ? Storage proteins . casein (major source of aa for baby mammals) ? Hormonal proteins . insulin (regulates sugar conc. in the blood) ? Receptor proteins (build into the membrane of nerve cells) ? Defensive proteins (antibodies to protect against diseases) H3N +OORH? R is monly one of 20 different side chains ? At pH 7 both the amino and carboxyl groups are ionized amino group alpha carbon carboxyl group side chain group Amino Acid 氨基酸是組成肽和蛋白質(zhì)的基本單位 Families of Amino Acids ? The mon amino acids are grouped according to whether their side chains are: ? acidic D, E ? basic K, R, H ? uncharged polar N, Q, S, T, Y ? nonpolar G, A, V, L, I, P, F, M, W, C ? Hydrophilic amino acids (uncharged polar) are usually on the outside of a protein whereas nonpolar residues cluster on the inside of protein ? Basic or acidic amino acids are very polar and are generally found on the outside of protein molecules OR3HNHOR4HH 3 N +OR1HNHOR2HNHOPeptide Bonds ? Amino acids are joined together by an amide linkage called a peptide bond. ? The two bonds on either side of the rigid planar peptide unit exhibit a high degree rotation peptide bonds rotation occurs here Proteins are molecules that contain one or more polypeptide chains ? Polymers containing: ? 2 amino acid residues are called dipeptides ? 3 // tripeptides ? 310 // oligopeptides ? Many // polypeptides 蛋白 質(zhì)的 分子 結(jié)構(gòu) 有 四 個層 次 1 2 3 4 序列 ↓ 構(gòu)型 ↓ 活性 ↓ 調(diào)節(jié) Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) 5 Alphahelix Betasheet Primary structure Secondary structure Tertiary structure Quaternary structure 3D Structure of Protein Alphahelix Betasheet Loop and Turn Turn or coil Heme Groups in Hemoglobin Positively Charged canyon 蛋白質(zhì)的物理 ﹑ 化學(xué)特性 (一 ) ? 蛋白質(zhì)分子量變化范圍很廣，從幾千到幾十萬，大多數(shù)蛋白質(zhì)的平均分子量約為 4萬～ 5萬，更大的蛋白質(zhì)通常由多個亞基組成。蛋白質(zhì)的構(gòu)象取決于其一 ﹑ 二 ﹑ 三 ﹑ 四級結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的物理 ﹑ 化學(xué)特性 (二 ) ? ? 通常每個蛋白質(zhì)含有一個氨基末端和一個羧基末端，往往還有帶電荷的氨基酸側(cè)鏈。 ? 當(dāng) pH為某一數(shù)值時，蛋白質(zhì)所帶正電荷和負電荷數(shù)相等，分子凈電荷為零，此 pH即為蛋白質(zhì)的等電點（ pI）。 ? 大多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點介于 pH ～ ，在 pH約為， 蛋白質(zhì)的物理 ﹑ 化學(xué)特性 (三 ) ? 一般情況下，天然蛋白質(zhì)構(gòu)象中，由于疏溶劑作用，疏水基團位于分子內(nèi)部。 ? 蛋白質(zhì)分子中，氨基酸殘基上的可電離基團處于蛋白質(zhì)的表面。 Juang RH (2022) Proteomics 蛋白質(zhì)的氨基酸排列是由其基因的 單核苷酸序列所決定 Genome Transcriptome Proteome DNA RNA Protein 復(fù)制 Replication 轉(zhuǎn)錄 Transcription 翻譯 Translation 逆轉(zhuǎn)錄 Reverse Transcription Genotypes to Phenotypes 核糖體 蛋白質(zhì)的生物合成 ? Gene: continuous stretch of DNA, from which a particular type of proteins can be made ? 轉(zhuǎn)錄 (transcription)是以DNA中的一條單鏈為模板，以四種三磷酸核苷（ NTP）為原料，在DNA依賴的 RNA聚合酶催化下合成 RNA鏈的過程。 生物的基因序列中，包含了內(nèi)含子（ intron）與外顯子（ exon），兩者交互穿插，組成基因。 3. Translation 將 mRNA上的核苷酸序列轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)上的氨基酸序列的過程。 核蛋白體 ribosome mRNA 多肽 polypeptide The Next Revolution in Bioscience is PROTEOMICS GENOMICS PROTEOMICS DNA RNA Protein Active Cellular Protein Enzymes Environment Ribosomes Understanding the structure and function of proteins encoded by a particular genome, tissue, or anelle. Ⅳ 、蛋白質(zhì)組與基因組的差別 Genomics vs. Proteomics “A butterfly and a caterpillar have the same genome but different proteomes.” Ron Orlando 一種生物有一個基因組， 但有許多蛋白質(zhì)組 ? 任何蛋白質(zhì)，即使只是同一個基因的產(chǎn)物，也可能存在多種形式。 ? 這些修飾影響著蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、定位、功能和轉(zhuǎn)換。也就是說，生命的復(fù)雜程度越高，其基因組擁有的基因數(shù)目越大。 ? 線蟲基因組 基因數(shù)為 。 ? 水稻基因組 基因總數(shù)為 ，比人的基因還要多。 ? 這一事實被許多研究證實與以下兩種因素有關(guān)： ? 在轉(zhuǎn)錄時，一個基因可以剪接為多種mRNA形式， 即可變剪接 （ Alternate splicing） 。 A few numbers to realize the plexity of the task ? Cell proteome: 5 103 proteins ? Proteome from an individual: 1 1