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1、1,生命科学学院发育生物学教研室,第一章:蛋白质组学导论,姓名:蓝兴国,蛋白组学分析技术课程之,日期:2012.5.,邮箱:,手机：,职称:副教授,2,参考书：,蛋白质分析实验技术指南，李玉花、蓝兴国等编著，高等教育出版 社，2010.系统生物学，张自立等编著，科学出版社，2009.Introduction to proteomics-tools for the new biology.Daniel C.Liebler,Humana Press,2002.Guide to protein purification(Second Edition),Richard R.Burgess,科学出版社，
2、2011.蛋白质组学中的蛋白质纯化手册，茹炳根主译，化学工业出版社，2008.蛋白质组学研究-概念、技术及应用，张丽华等译（原书第二 版），科学出版社，2010.蛋白质与蛋白质组学实验指南，何大澄主译，化学工业出版社，2006.,3,Molecular and Cellular ProteomicsJournal of Proteome ResearchProteomicsBriefings in Functional Genomics&ProteomicsProteomics clinical applicationsProteomeProteome ScienceCurrent Prote
3、omicsGenomics and ProteomicsThe Internet Journal of Genomics and ProteomicsProteomics Journal,相关的期刊：,4,1.1.生命科学或生物科学,生命科学或生物科学:生物体是一个多层次、多功能的复杂结构体系，研究其运动变化规律的科学。,5,James Watson(left)was only 24 when together with Francis Crick(right)he published the paper that first described the structure of DNA。,6
4、,The Central Dogma of Molecular Biology,Crick,1958,Crick,1958,The Central Dogma of Molecular Biology,7,生命的奥秘,GCTTCTTCCTCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCA TCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCTTCTTCCTCATTTTCTCT CCACCATGCCGCCACCACGCCACCATGCTTCTTCCTCATCTC GCTTTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCGCTTCTTCCtTCTCT,8,“基因决定论”、“还原论”,生
5、命科学的研究热衷于把复杂的生物体层层分解,从个体到器官,从器官到组织,从组织到细胞,再从细胞到分子,最终力求在基因水平上寻找个体生命现象的根源.生命科学的研究几乎呈现出以基因为中心的势态.,9,“基因决定论”、“还原论”,在高等动物、植物转基因研究中常出现外源目的基因表达沉默、表达水平太低、引起相邻其他基因突变、后代遗传性状不稳定等困扰，造成了转基因动植物产业化的瓶颈。妇女细胞中BRCAI基因发生突变，该妇女到60岁后约有70%的概率会患乳腺癌。那么还有30%的女性未患癌症？,10,“基因决定论”、“还原论”,Dulbecco 1975年诺贝尔奖,要彻底阐明癌症的发生、演变侵袭和转移的机制，必
6、须对人体细胞的基因组（即全部基因）在整体上进行全序列分析。,1986年，Dulbecco提出了进行人类基因组计划研究的建议。,2005年，Goodman等认为复杂多细胞生物的基因调控受到多个层次的相互制约:有机体个体调节、细胞调节、转录调节、翻译调节和后加工调节等相互影响，且各层次均离不开它们所处环境的作用。,11,第一章 蛋白质组学导论,DNA,RNA,Protein,Metabolism,Genome“Genomics”,Proteome“Proteomics”,Metabolome“Metabonomics”,Transcriptome“Transcriptomics”,12,1.2 基
7、因组学,基因组:是一种生物体或个体细胞所具有的一套完整的基因及其调控序列。基因组学：研究基因组的结构组成、时序表达模式和功能，并提供有关物种及其细胞功能的进化信息。特点：强调进行细胞中全部基因及非编码区的整体性考察和系统性研究，从而全面揭示基因与基因间的相互关系、基因与非编码序列的关系、基因与基因组的关系。,13,1.2 基因组学,技术：DNA体外扩增技术-PCR 高通量自动化DNA测序技术 基因组数据库及分析软件,14,15,The human genome,3.2 x 109 bp(thirty time larger than C.elegans or D.melongaster)cod
8、ing sequences form only 5%of the human genomeRepeat sequences over 50%Only 32.000 genesHuman genome is distributed over 22 chromosome pairs plus X and Y chromosomesExons of protein-coding genes are relatively small compared to other known eukaryotic genomesIntrons are relatively longProtein-coding g
9、enes span long stretches of DNA(dystrophin,coding a 3.685 amino acid protein,is 2.4Mbp long)Average gene length:8,000 bpAverage of 5-6 exons/geneAverage exon length:200 bpAverage intron length:2,000 bp8%genes have a single exonSome exons can be as small as 1 or 3 bp.,16,The human genome,All people a
10、re different,but the DNA of different people only varies for 0.2%or less.So,only up to 2 letters in 1000 are expected to be different.Evidence in current genomics studies(Single Nucleotide Polymorphisms or SNPs)imply that on average only 1 letter out of 1400 is different between individuals.means th
11、at 2 to 3 million letters would differ between individuals.,17,1.2 基因组学,测序技术：Sanger-双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）链末端终止法 Ronaghi-pyrosquencing（焦磷酸测序法）,18,Megabase 毛细管自动测序仪,19,20,1.2 基因组学,pyrosequencing（焦磷酸测序法）：单链DNA模板被合成互补链，4种dNTP按与模板碱基互补的原则依次有序地结合到模板上，每当一个dNTP成功地加到模板时会释放出焦磷酸（ppi），其释放数量与结合进入DNA的dNTP数量相当。,21,1.2 基因
12、组学,22,1.2 基因组学,数据库：NCBI、EMBL、DDBJ、Expasy,23,1.3 转录组学,转录组:1)从一个细胞的基因组中被转录出来的全部mRNA.2)一个细胞、组织或生物体的全部RNA的集合体，也包括非编码的RNA。,转录组学：对转录水平上发生的事件及其相互关系和意义进行整体研究的一门科学。,24,1.3 转录组学,研究内容：对特定细胞的转录与加工研究，包括转录因子在启动区的组装、转录前体mRNA、RNA加帽、剪接体的形成与剪接。对转录物编制目录（cataloging)，归类研究。3)绘制动态的转录物图谱。4)转录物调控网络。,25,1.3 转录组学,技术：生物芯片技术 Ge
13、ne Chip,将标记的mRNA与点在固定支持物上的 cDNA或寡核苷酸序列进行杂交，杂交后每个点的强度就代表特定序列的表达水平。,26,1.3 转录组学,基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法(southern、northern)一致，均应用已知核酸序列作为靶基因与互补的探针核苷酸序列杂交，通过随后的信号检测进行定性与定量分析。具体讲是将许多特定的寡核苷酸片段或cDNA基因片段作为靶基因，有规律地排列固定于支持物上，样品DNA/RNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入荧光标记分子或放射性同位素作为探针，然后按碱基配对原理将两者进行杂交，再通过荧光或同位素检测系统对芯片进行扫描，由计算机系
14、统对每一探针上的信号作比较和检测，从而得出所需要的信息。,27,1.3 转录组学,28,1.4 蛋白质组学,澳大利亚的Wilkins和Wiliams(1994)在意大利举行的第一届国际双向电泳会议上首次提出-蛋白质组(proteome)的概念.1995年,Wasinger在Electrophoresis上首次发表蛋白质组的研究文章,蛋白质组被定义为:一个基因组编码的全部蛋白质.1997年,Wilkins和Wiliams将蛋白质组定义为:一个基因组或组织所表达的全部蛋白质.1999年,Nature杂志将蛋白质组定义为:在一个细胞的整个生命过程中由基因组表达的以及表达后修饰的全部蛋白质.,29,1
15、.4 蛋白质组学,蛋白质组学:整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的一门科学.研究内容:不仅包括对细胞内各种蛋白质的识别与定量化,还包括确定它们的细胞内外的定位、修饰、相互作用、活性及其功能。,30,1.4 蛋白质组学,1）蛋白质组学与单一蛋白质的研究比较？2）蛋白质组学与基因组学的比较？基因组学概念相比，由于基因组是基本稳定的，一个生物体仅有一个确定的基因组，组成该生物体的所有不同细胞都含有相同的基因组。但基因组内各个基因表达条件和表达的程度则随时间、地点和环境条件而不同，所有蛋白质组作为一个整体在一个生物体的不同组织，在不同的发育条件下是不同的。,31,1.4 蛋白质组学,技术：双向
16、凝胶电泳 生物质谱 生物信息学技术 生物芯片技术 酵母双杂交系统,32,1.5 代谢物组学,代谢（metabolism）：生物体从环境中摄取各种物质作为原料合成其自身的物质，也摄取大量营养物质进行降解，把营养物质的化学键能转变成生物体所需的能量形式，此过程是一系列的生物化学过程被称为代谢。,E.coli微生物细胞内有上千种代谢化学反应，估计100多种分子起着核心作用。,33,34,1.5 代谢物组学,代谢物组（metabolome）：Tweeddale(1998):全部代谢物的库（total metabolite pool)。代谢物组学（metabonomics,metabolomics)：“定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学”。,35,1.5 代谢物组学,代谢组学的中心任务：对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测、量化和编制目录、绘制图谱。确定此变化规律和生物过程的有机联系。,创新之处：从整体上收集代谢物，绘制对机体生理状态表征的特定代谢物图谱，测量目标更能准确区分健康者与患者。,36,1.5 代谢物组学,生物体内代谢过程的产物都是化学实体,用化学分析工具进行分析:,毛细管电泳 气相色谱 高效液相色谱 质谱,37,讨论？,
