【正文】 06 proteins ? Proteome of an individual(all life): 1 107 proteins ? Proteome of a species: 1 108 proteins RNA的可變剪接 (選擇性剪接 ) (Alternate splicing) ? 可變剪接是指同一基因轉錄形成的 RNA前體可經過一種以上剪接方式產生多種不同的 mRNA的過程。 ? 可變剪接作用使蛋白質組的復雜性遠遠高于基因組。 ? 細胞內的大部分蛋白質通常都被進行過翻譯后修飾。 ? 蛋白質的翻譯后修飾使數量有限的編碼基因產生數量巨大的蛋白質。 GPI, glycosylphosphatidylinositol。 P, phosphoryl group。 Glycosylation： Carbohydrates added to basic protein structure Folded protein structure (schematic) 葡萄糖（ Glc） 甘露糖（ Man） 半乳糖（ Gal） N乙酰葡糖胺（ GlcNAC） 唾液酸，泛指的（ Sia） 泛素與泛素化 ? 以色列科學家阿龍 赫什科（ Avram Hershko, 1937）和美國科學家歐文 ? 這三位科學家發(fā)現，一種被稱為泛素的多肽在需要能量的蛋白質降解過程中扮演著重要角色。它就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質就會被運送到細胞內的“垃圾處理廠”，在那里被降解。 ? 泛素化 :泛素共價地結合于底物蛋白質的賴氨酸殘基，被泛素標記的蛋白質將被特異性地識別并迅速降解，泛素的這種標記作用是非底物特異性的。 ? 泛素 蛋白酶體途徑 : 是真核細胞內重要的蛋白質質控系統(tǒng)，參與調節(jié)細胞周期進程，細胞增生與分化，以及信號傳導等多種細胞生理過程，因此細胞內蛋白質泛素化降解是蛋白質重要的轉錄后修飾方式之一。通常有 30％新合成的蛋白質通過泛素化被銷毀。這都容易使生物體出現一系列問題。 ? 泛素調節(jié)的蛋白質降解在生物體中如此重要，因而對它的開創(chuàng)性研究也就具有了特殊意義。這些研究對進一步揭示生物的奧秘，以及探索一些疾病的發(fā)生機理和治療手段具有重要意義。大部分細胞過程實際上是被可逆的蛋白磷酸化所調控的 , 至少有 30%的蛋白被磷酸化修飾。在磷酸化調節(jié)過程中酶，細胞的形態(tài)和功能都發(fā)生改變。 Acetylation 乙?；彩羌毎麅鹊鞍踪|翻譯后修飾的一種重要形式。 Palmitoylation 棕櫚?；?,十六 (烷 )酰化 ) 蛋白質棕櫚?；堑鞍踪|翻譯后脂質共價修飾的一種重要形式 , 對象主要是胞質蛋白質。 磷酸化 棕櫚?；? 糖基化 損傷 損傷 泛素化 泛素化 Approximately 200 different types of posttranslational modifications have been reported. The life cycle of a protein Factoren die bijdragen aan de plexiteit van het proteoom aantal genen 6,200 19,000 32,000 Alternatieve splicing /+ ++ +++ aantal verschillende domeinen 300 1,000 1,800 multi domein eiwitten + ++ +++ Posttranslational Modifications + ++ +++ Fosforylering,Glycosylering,Acetylering,Carboxylering,Sulfatering,Proteolytische,Klieving,Myristoylering,ADPribosylering,Ubiquitinering Proteome plexity 30 000多個基因 120 000種可能的 mRNA 24 000 000種可能的蛋白質同型異構體 (protein isoforms) 預計有 2 000 000種行使功能的蛋白質 4～ 6種可變剪切形式 ＞ 200種的翻譯后修飾 (PTM)方式 預計的基因組與蛋白質組的數量關系 蛋白質組與基因組的重要差別 之二：時空性 ? 在測定基因組的 DNA序列時不需要考慮時空的影響。 ? 1. 在個體發(fā)育的不同階段或細胞的不同活動時期，細胞內產生的蛋白質種類是不一樣的。有些蛋白質在合成后成為細胞的結構成分，相當穩(wěn)定；而有些蛋白質在產生后被用來進行某種細胞活動，比如基因轉錄的調控，工作一旦完成就被迅速降解。要想真正了解蛋白質的功能，通常還需要知道蛋白質所處的空間位置。例如細胞周期的調控過程、細胞的信號轉導和轉錄調控，都依賴于蛋白質空間位置的變化和運動。 ? 蛋白質間主要以相互作用的形式參與生命活動。 ? 蛋白質之間的相互作用大致有三類 ? 一、與生命活動相關的蛋白質相互作用網絡； ? 二、結構型或功能型蛋白質復合體的形成，包括：多亞基蛋白質、多成分的蛋白質復合物等； ? 三、控制著重要細胞內活動的、瞬時的蛋白質相互作用。信號傳導 。DNA保持 。蛋白質和 RNA運輸 。蛋白質合成 。膜生物合成等 . ? 英國、德國及丹麥科學家近日研究表明，人類和果蠅等簡單有機體的巨大差別不在于基因數，而在于他們體內蛋白質相互作用（ protein interactions）的數量。 ? 在最新的研究中，英國倫敦帝國理工學院生命科學系的 Michael Stumpf和同事設計了一種新穎的數學工具，結合相關數據能夠估計出一個有機體蛋白質相互作用網絡的尺寸。這與之前基因數的比較結果相差巨大 ——人類的基因數與果蠅的基因數相比，二者相差不到 2倍。我們的研究表明，蛋白質相互作用應該是一把開啟生物體之間差別程度原因之鎖的鑰匙。結果，在 1 705種蛋白質間之間確定了 3186種新的相互作用關系。通過拓撲學等評價，至少確認了 401種蛋白質間有 911種相互作用聯系。雖然這僅僅篩選了這兩個新蛋白，但可以肯定的是，這一研究成果中包含有大量的重要信息有待更深入地發(fā)掘。 ? 絕大多數疾病都是由 10萬種以上的特定蛋白質相互作用所致。 可以說，蛋白質間的相互作用、相互協(xié)調是細胞進行一切代謝活動的基礎 ? 蛋白質 蛋白質相互作用控制著生命的各個過程，決定著幾乎所有的生物功能，是整個生命結構和生命活動的基礎和重要特征之一。 ? 高等動物基因組已有的研究結果也表明，調節(jié)生物體復雜性的不是基因數量的增加，而是基于更為復雜的蛋白質－蛋白質間發(fā)生的相互作用。相對來說，基因之間并不發(fā)生這種直接的相互作用。 Pandey A , Mann M. Proteomics to study genes and genomes. Nature ,2022 ,405(6788) :837 846. 比較蛋白質組學 ? 比較蛋白質組學（ Comparative Proteomics）針對不同空間、不同時間上動態(tài)變化著的蛋白質組的整體進行比較，分析不同蛋白質組之間在表達數量、表達水平和修飾狀態(tài)上的差異，可以發(fā)現與病變相關的特異蛋白質。 目前蛋白質組研究中的主流技術 Proteome Separation ? 1 DE ? 2 DE ? Multidimensional HPLC Bio – mass Spectrometry ? MALDI TOF MS ? ESI MS ? Hybrid MS/MS Bioinformatics ? Databases ? Tools and Softwares 二維電泳圖譜所傳達的信息 ? 蛋白質的分布范圍 (偏酸性或偏堿性 ) ? 表達蛋白質的可能個數(凝膠點的數目 ) ? 蛋白質的的大概相對分子量 ? 蛋白質的的大概相對等電點 ? 蛋白質相對表達豐度(點的灰度值 ) ? 但是，通過二維電泳分離不能得到完整的功能蛋白質，得到的是構成蛋白質的各個亞基。 ? 質譜分析中，多種離子化技術均可使物質分子失去外層價電子形成分子離子（ molecular ion， M+），分子離子中的化學鍵還可以繼續(xù)發(fā)生某些有規(guī)律的斷裂而形成不同質量的碎片離子（ fragment ion）： M →→→ M + + 碎片離子 + 中性分子 質譜儀的構成 質量分析器 檢測器 計算機 控制與 數據處理 樣品導入系統(tǒng) 離子源 真空泵 I m/z 質譜圖 Mass spectrum Inlet System Ion sources Mass analyzers Detector Data system Vacuum Pumping system GCtrap 僅適用于揮發(fā)性物質的分析 MALDITOF MS + PSD 測定分子質量 , 提供某些結構信息 Ion Trap MS 測定分子質量 , 提供詳細的結構信息 Triple quadrupole LC/MS 定量分析 從復雜系統(tǒng)中 提取質量 2Sector FTICR 從復雜系統(tǒng)中提取質量 提供詳細的結構信息 高 低 信息量（Information） 100K 200K 300K 400K 500K 600K 儀器價格（ US￥） LC MS IT TOF LTQ Orbitrap Q TOF TOFTOF 生物信息學 (Bioinformatics) ? 在生命科學的研究中，以計算機為工具對生物信息進行存儲、檢索和分析的一門交叉學科。 ? 生物信息學主要研究兩種信息載體 (DNA分子 ,蛋白質分子 ) ? 研究內容： ? 基因組生物信息學 ? 蛋白質組生物信息學 ? 代謝調控生物信息學 Computational approaches to answer biological questions 生物信息學的基本架構 染色體 基因組圖譜 基因組數據庫 核酸 DNA序列 核酸序列數據庫 蛋白質序列 蛋白質序列數據庫 蛋白質結構 蛋白質結構數據庫 蛋白質 基因組作圖 序列測定 結構測定 生物信息學 數據庫工具 生物信息學 數據庫工具 二次數據庫；復合數據庫 ? 自 1993年起， Nucleic Acids Research 每年都會在第一期推出生物數據庫特刊，介紹上一年度的數據庫增加和更新情況。 ? UniProt由歐洲生物信息學研究所（ European Bioinformatics Institute）、美國蛋白質信息資源（ Prontein Information Resource）以及瑞士生物信息研究所（ Swiss Institute of Bioinformatics）等機構共同組成的 UniProt協(xié)會（ UniProt Consortium）管理。 專家評說蛋白質組學 ? 2022年 10月 25日，在北京開幕的第三屆國際人類蛋白質組大會上，時任 HUPO主席、加拿大 McGill大學解剖與細胞生物學系主任 John Bergeron教授說，人類基因組圖譜完成后，科學家意識到，絕大部分基因及功能還需要從蛋白質水平予以詮釋和解讀。 ? 開展蛋白質組研究工作，是科學界延續(xù)了數十年的一個夢想，因為人類的大多數疾病是由于蛋白質異常造成的。 專家評說蛋白質組學 ? 而前任 HUPO主席 Samir Hanash教授說：“如果說人類基因組計劃是把人類送入太空，蛋白質組計劃則是促使人類返回地球。” HUPO現任主席 ? Rolf Apweiler – President amp。由此可以看出，在蛋白質組學的未來發(fā)展中，HUPO對于生物信息學的重視。