【正文】 機科學和生物學等工具，以達到理解數據中的生物學含義的目標。 ? 狹義上講，生物信息學是把基因組 DNA序列分析作為源頭，找到基因組序列中代表蛋白質和 RNA基因的編碼區(qū)，闡明非編碼區(qū)的信息實質，破譯隱藏在 DNA序列中的遺傳規(guī)律；同時，在此基礎上，歸納、整理與基因組遺傳信息釋放及其調控相關的轉錄譜和蛋白質譜的數據，從而揭示生命體的生長、發(fā)育、代謝和進化的規(guī)律。 ? 使用這些工具來分析和解釋不同類型的生物數據，包括 DNA、 RNA和蛋白質序列、蛋白質結構、基因表達及生化途徑。 2. 確定核酸序列中編碼蛋白質的基因 ， 了解蛋白質的功能及其分子基礎 ， 運用蛋白質結構模擬與分子設計進行功能預測 3. 對已知的各種代謝途徑和相關的生物分子的結構和功能及它們之間的相互作用進行整理 ， 用以研究細胞發(fā)育 、 分化途徑和疾病的發(fā)生與發(fā)展的途徑 ， 并將這些信息與生命體和生命過程的生理生化信息相結合 ， 闡明其分子機制 ， 最終進行 蛋白質及核酸的分子設計 、 藥物設計 和 個體化的醫(yī)療保健設計 等 。 例如 ， 序列對比 ， 結構對比；計算機輔助基因識別 ， 非編碼區(qū)分析；分子進化和比較基因組學；基因芯片設計；序列重疊群裝配；生物信息處理并行算法的研究；蛋白質組學數據分析等等 。 3．序列對比和數據庫搜索 ? 在生物信息學研究中， 序列對比 是最常用和最經典的一個研究手段。從核酸及蛋白質的一級結構方面來分析序列的相同點和不同點，從而能夠推測它們的結構、功能及進化上的聯(lián)系。 如果基因和蛋白質序列之間具有足夠的相似性，就推測兩者可能有共同的進化祖先，經過序列內殘基的替換、缺失以及序列重組等遺傳變異過程分別演化而來。 ? 序列的同源性（ homology） ：指從大量數據中推斷出的兩個基因在進化上具有共同祖先的結論（不可進行量化） 。其生物學基礎是蛋白質功能結構域的高度保守性。 4．生物信息學研究的主要工具 ? 蛋白質分析專家系統(tǒng) （ Expert Protein Analysis System， ExPASy）是于 1994年由瑞士生物信息學院（ Swiss Institute of Bioinformatics， SIB）創(chuàng)立的世界上第一個分子生物學網站， 專門從事蛋白質序列、結構、功能和蛋白質 2DPAGE圖譜等的分析。 第七章 蛋白質組學理論與進展 ? 基本概念 ? 基因組（ genome） ? DNA微陣列 ? 蛋白質組 ? 蛋白質組學 ? 表達蛋白質組學 ? 細胞圖譜蛋白質組學 ? 串聯(lián)質譜 ? 肽質量指紋譜 回答問題： ? 1. 蛋白質組學的基本概念及意義。 ? 3. 蛋白質組學研究的幾個重要的技術平臺。 ? 5. 質譜技術的基本原理和質譜儀的組成部分。 ? 8. 質譜技術進行蛋白質鑒定的基本流程。 ? 10. 酵母雙雜交的基本原理、缺陷及其發(fā)展。 第七章 主要內容 ? 1. 蛋白質組學的基本概念及意義 ? 2．蛋白質組學研究的幾種重要的技術平臺 ? 3. 蛋白質組學在醫(yī)藥學中的應用 1. 蛋白質組學的基本概念及意義 基因組 （ genome） ： 生物體內一套完整單倍體的遺傳物質的總和 。 包括 基因組 DNA（ 某些病毒為 RNA） 、 質粒 DNA、 線粒體 DNA和 葉綠體DNA。 它采用原位合成或直接點樣的方法將 DNA片段或寡核苷酸片段 排列在硅片或玻璃等介質上形成 微陣列 ， 待檢樣品（ cDNA） 用熒光分子或同位素標記 后與微陣列雜交 ， 通過信號掃描及計算機分析即可獲得樣品中大量的基因序列及表達信息 ， 以達到 快速 、 高效和高通量地分析基因表達規(guī)律 的目的 。 ? 蛋白質組和基因組的主要區(qū)別： 蛋白質組是動態(tài)的；基因組是相對恒定的。通過蛋白質的定性鑒定、定量檢測、細胞內定位以及相互作用等研究，闡明生物體全部蛋白質的表達模式及功能模式，最終揭示蛋白質功能。 ? 表達蛋白質組學 研究在不同機體狀態(tài)中細胞或組織中全部蛋白質的表達及其變化。 蛋白質組學研究的意義： ? 蛋白質是基因表達的最終產物和基因功能的實施者，有其自身特有的活動規(guī)律，例如，蛋白質的加工與修飾、轉運定位、結構形成、代謝以及蛋白質分子之間復雜的相互作用等，均無法從基因組水平上的研究獲知。即表達產物的種類和數量受到嚴格的調控而表現(xiàn)時空特異性。 ? 由于蛋白質翻譯后的加工與修飾，基因和蛋白質不是 1個基因對應 1個蛋白質的關系。所以，蛋白質數量比基因更大，相互作用也更復雜。 ? 蛋白質組學研究是基因組學研究的重要補充和延伸。 2．蛋白質組學研究的幾種重要的技術平臺 ? （ 1）二維電泳 ? （ 2）質譜技術 ? （ 3）酵母雙雜交 ? （ 4）蛋白質芯片 （ 1）二維電泳 ? 第一向是等電聚焦電泳，第二向是 SDSPAGE。 ? 這些試劑可破壞蛋白質分子內的二硫鍵，使蛋白質變性，有利于第二向中蛋白質變性后的肽鏈與 SDS充分結合； ? 這些試劑本身并不帶電荷，不會影響蛋白質原有的電荷量和等電點。 ? βME使蛋白質分子中的二硫鍵保持還原狀態(tài)，以便蛋白質與SDS充分結合，從而完成第二向的樣品處理。 ? 尿素在低溫時容易析出，在高溫時容易分解。 （ 2）質譜技術 ? 基本原理 ? 質譜儀組成 ? 軟電離技術 ? 基質輔助激光解吸電離源（ MALDI） ? 電噴霧電離源（ ESI） ? 質量分析器 ? 飛行時間（ time of flight， TOF）分析器 ? 四極桿分析器 ? 離子阱分析器 ? 質譜技術進行蛋白質鑒定的基本流程 1. 樣品制備后進行 2DE分析 。 3. 凝膠上的蛋白質經胰蛋白酶消化后 ， 斷裂成多個肽段 。 4. 將得到的肽質量指紋譜的數據在數據庫中進行搜索 。 “ 冠軍 ” 蛋白質具有與未知蛋白質最相近的組分 ， 從而進行蛋白質鑒定 。 原理： 用酶 （ 最常用的是 胰蛋白酶 ） 對由 2DE分離的蛋白質在膠上或在膜上于精氨酸或賴氨酸的 C末端處進行斷裂 ， 斷裂所產生片段的精確分子量通過質譜來測量 （ MALDITOFMS或 ESIMS） 。 配比的結果是按照數據庫中肽片段與未知蛋白共有的肽片段數目作一排行榜 。將與 BD融合的已知蛋白質作為 “ 誘餌 ” ，與 AD融合的另一待測蛋白質作為 “ 獵物 ” 。 ? 酵母雙雜交系統(tǒng)的缺陷： ? 不能檢測到一些依靠翻譯后修飾的相互作用（需用三雜交系統(tǒng)）。 ? 該系統(tǒng)并非對所有的蛋白質都適用。 ? 根據其原理，融合蛋白的相互作用激活報告基因轉錄是在細胞核內發(fā)生的，而表達的融合蛋白在細胞內能否正確折疊并運至核內是檢測的前提條件。 酵母雙雜交系統(tǒng)的發(fā)展 發(fā)展酵母菌株的多重篩選機制 表達型載體的改進 酵母接合型的引用 Sos蛋白介導的雙雜交系統(tǒng) /Sos救活系統(tǒng) （ Sos recruitment system） 反向酵母雙雜交系統(tǒng) 酵母三雜交系統(tǒng) 3. 蛋白質組學在醫(yī)藥學中的應用 ? 在基礎醫(yī)學和疾病機理研究中 ，應用蛋白質組學研究策略高通量地分析不同生長發(fā)育期；不同生理和病理條件下；以及不同細胞類型的蛋白質表達譜的變化，通過對相應蛋白質的鑒定及其功能進行研究，可能找到直接與特定生理或病理狀態(tài)相關的分子， 發(fā)現(xiàn)新的疾病診斷標志物及治療靶點，從而有利于疾病的早期診斷和治療。通過比較正常狀態(tài)和疾病狀態(tài)、藥物治療前后細胞內蛋白質表達的差異， 進行高通量的藥物篩選，有可能找到有效的藥物靶點。 例如， Steiner等利用蛋白組學的方法分析發(fā)現(xiàn)，在環(huán)孢素 A作用后的腎臟細胞 2DE圖譜中發(fā)現(xiàn)一個 28 kDa的 calbindinD特異蛋白質表達減少，現(xiàn)在已經證明環(huán)孢素 A的毒性與這種參與鈣離子結合及轉運的蛋白質減少有關。 它以載玻片和硅等材料為載體 ， 在單位面積上高密度地排列大量的生物分子 ， 從而 達到一次試驗同時檢測多種疾病或分析多種生物樣品的目的 。 ? 生物芯片的分類 ：基因芯片 /DNA芯片 /DNA微陣列；蛋白質芯片。 ? 蛋白質芯片用于蛋白質組學研究時，通常把抗體固化制作成“蛋白質芯片的探針”來檢測多種待測蛋白質，制成 抗體芯片 。 一次實驗可同時檢測成千上萬種蛋白質 ， 得到大量數據 。 受到雜質影響較低 ， 檢測前樣品的處理較為簡單 。 相對傳統(tǒng)的 ELISA， 由于采用光敏染料標記 ， 因此靈敏度較高 ， 檢測水平可達到 1 μg/mL。 5. 具有較高的信噪比 ， 準確率高 ， 重復性好 。 蛋白質芯片分類： ? 按 制作方法和用途 分類： ? 蛋白功能芯片 ?將所研究體系中的每種天然蛋白質都點加在芯片上 ， 主要用于天然蛋白活性及分子親和性的高通量平行研究 。 主要用于疾病監(jiān)測與診斷和蛋白質譜鑒定等 。 ? 有活性芯片 ? 將生物體直接點在芯片上 ， 并原位表達蛋白質 。 ? 與待檢樣品反應。（對未標記樣品） ? 利用掃描儀測定芯片上各點的信號強度。 考試類型 ? 名詞解釋（ 15分） ? 填空題（ 20分） ? 判斷對錯題（ 15分） ? 簡答題（ 30分） ? 應用題（ 20分）