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宏蛋白质组学研究进展及应用吴重德;黄钧;周荣清【摘要】Metaproteomics is a newly emerging technology to investigate the micro-ecosystem in environmental system by proteomic approach,and it has shown powerful functions in the fields of environmental ecosystem.This review summarized the research strategies of metaproteomics and applications in wastewater biotreatment,soil and fermented food.It demonstrated the directions for future research in the field of microbial ecosystems.%宏蛋白质组学是近几年出现的一种应用蛋白质组学方法对环境微生态系统进行研究的一种新技术,已在环境生态领域研究中展示出了强大的功能.文中综述了宏蛋白质组学的研究技术及策略、介绍了其在污水生物处理、土壤及发酵食品微生物群落结构分析中的应用,并对其在环境微生态领域中的研究进行了展望.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】5页(P259-263)【关键词】宏蛋白质组学;二维电泳;环境微生物;微生物群落结构【作者】吴重德;黄钧;周荣清【作者单位】四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川自贡,643000;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065【正文语种】中文人类基因组计划的完成，标志着生命科学研究进入了后基因组时代。
proteomicsProteome: 细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。
Proteomics: 分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分，表达水平于修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用于联系，在整体水平上研究蛋白的组成与调控的活动规律。
研究蛋白组学希望达到的目标：By studying global patterns of protein content and activity and how these change during development or in response to disease, proteomics research is poised to boost our understanding of systems-level cellular behaviors. Clinical research also hopes to benefit from proteomics by both the identification of new drug targets and the development of new diagnostic markers.蛋白质组学研究内容：蛋白鉴定，蛋白定量，蛋白相互作用，蛋白修饰。
Why proteomics（为什么研究蛋白组学）•Proteins distinguish various types of cells, since all cells have essentially the same “Genome” their differences are dictated by which genes are active and the corresponding proteins that are made.•Similarly, diseased cells may produce dissimilar proteins to healthy cells.•Post-translational modifications can dramatically alter protein function - the task of studying proteins is often more difficult than genes.What’s MS(mass spectrometry)，即质谱的工作原理1.The basic principle of MS is to generate ions from either inorganic or organiccompounds by suitable method, to separate these ions by their mass-to-charge ratio (m/z) and to detect them qualitatively and quantitatively by their respective m/z and abundance.即质谱能够实现不同质量离子的分离和相对定量，m/z（谱图中的x轴）值可以区分出不同的离子，intensity（谱图中的y轴）表示离子的相对丰度。
化学生物学专业一级学科-概述说明以及解释1.引言1.1 概述化学生物学作为一级学科，是化学和生物学两个领域的融合和交叉学科。
它研究生物系统中化学物质的结构、功能和相互作用，探索生命现象的化学基础。
随着科学技术的发展和生物医学领域的进步，化学生物学正在成为一个重要的研究领域。
化学生物学专业涵盖了许多领域，包括生物化学、分子生物学、生物技术、药物化学等。
学生需要掌握化学和生物学的基本理论知识，具备综合分析和解决问题的能力。
该专业培养学生在生物医药、生物工程、食品安全等领域的应用能力，为社会的发展和健康做出贡献。
本文将从化学生物学专业的概述、重要性和应用以及学科发展趋势等方面展开论述，以帮助读者更深入地了解这一领域的研究内容和发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分旨在介绍本文的整体框架和组织方式，以便读者更好地理解和阅读全文。
本文的结构分为三个主要部分：引言、正文和结论。
- 引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将对化学生物学专业进行简要介绍，引出下文讨论的主题；文章结构部分则是本节所在位置，介绍整篇文章的框架和组织方式；目的部分则明确本文撰写的目的和意义，为后续内容提供铺垫。
- 正文部分将分为三个小节：化学生物学专业概述、重要性和应用、学科发展趋势。
在第二部分中，将详细讨论化学生物学专业的概况，以及其在实际生活和科研中的重要性和应用；同时，还将探讨该学科在未来的发展趋势和展望，为读者提供对化学生物学专业的全面了解。
- 结论部分则包括总结、展望和结束语。
在总结部分，将对全文进行简要回顾，概括出本文的主要内容和观点；展望部分将展望化学生物学专业的未来发展，并提出一些可能的研究方向或趋势；结束语则是对全文的总结和展望，为读者留下深刻的印象。
整体来说，本文的文章结构清晰明了，将为读者带来系统性和连贯性的阅读体验，帮助读者更好地理解和掌握化学生物学专业的相关知识和信息。
1.3 目的文章的目的是探讨化学生物学专业一级学科的重要性和应用，揭示该学科在生物领域中的地位和作用，同时分析学科的发展趋势，为学生选择专业提供参考和指导。
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组宏基因组、宏转录组、代谢组和蛋白组是当前生物大数据研究领域中的热门话题，它们分别代表了生物学研究在不同层面上的探索和解析。
本文将围绕这四个主题展开深入探讨，并从简到繁，由浅入深地介绍它们的概念、研究方法和意义，帮助你更全面、深刻地理解这些关键词。
1. 宏基因组宏基因组是一种研究生态系统中不同生物种类基因组的方法。
它通过对不同生物群体中的基因组进行大规模的测序和比较分析，来了解它们在生态系统中的功能和相互作用。
宏基因组的研究范围涵盖了微生物、植物和动物等广泛的生物群体，为我们揭示了整个生态系统的多样性和稳定性。
在实际应用中，宏基因组的研究可以帮助我们更好地理解生态系统中的物种组成、功能特征和生态学意义，为环境保护和资源利用提供科学依据。
2. 宏转录组宏转录组是研究生物体内所有基因的转录活动的方法。
通过宏转录组技术，我们可以全面了解细胞内转录的全貌，包括RNA的种类、丰度和转录调控。
宏转录组的研究不仅可以帮助我们发现新的非编码RNA，还可以解析细胞在不同生理状态下的转录调控网络，为疾病诊断和药物研发提供重要依据。
宏转录组的研究也对生态系统的功能和动态过程有着重要的启示，有助于揭示生物体对外界环境变化的适应机制和调控策略。
3. 代谢组代谢组是针对生物体内所有代谢物的研究。
通过代谢组学技术，可以全面解析生物体内代谢物的种类、丰度和相互关系，从而揭示生物体在不同生理状态下的代谢活动和代谢调控网络。
代谢组的研究对于疾病诊断、药物研发和个体化治疗具有重要意义。
代谢组学也为植物代谢工程和微生物发酵工艺的优化提供了重要的信息和方法支持。
4. 蛋白组蛋白组学是研究生物体内所有蛋白质的研究。
通过蛋白组学技术，我们可以全面了解生物体内蛋白质的种类、结构和功能，从而揭示蛋白质在生物体内的相互作用和调控网络。
蛋白组学的研究对于疾病诊断、药物研发和蛋白质工程具有重要意义。
蛋白组学也为生物体内信号转导通路和代谢途径的解析提供了关键信息和技术手段。
《分子生物学》课程教学大纲课程代码：0700163课程负责人：刘青珍课程中文名称: 分子生物学课程英文名称：Molecular Biology课程类别：必修课程学分数：3课程学时数：54授课对象：生科院国际班、弘毅班、生物学基地班、生物学技术基地班、化学生物学基地班本课程的前导课程：生物化学，遗传学，细胞生物学一、教学目的本课程在生物化学、遗传学和细胞生物学基本知识的基础上，从生物大分子水平阐述基因组的保持、基因组的表达和基因表达调控的机制；并在掌握理论知识的基础上，系统介绍基本分子生物学技术的原理及其应用。
本课程授课内容是学生将来从事生物学研究所需掌握的基础理论知识。
因此，在讲授理论知识的同时，我会提醒学生注意相关知识与科学研究之间的联系，以促进学生的科研思维能力，为学生今后从事科研工作奠定一定基础。
本课程是英文或双语授课, 以提高学生在分子生物学相关知识方面的英语听力、英语思维能力和英语表达能力，为学生适应研究生学习阶段阅读英文文献的要求和顺利进入日趋国际化的工作岗位打好基础。
二、教学任务重点掌握：原核生物和真核生物保持和表达遗传信息及基因表达调控的分子机制。
掌握：常规分子生物学技术原理。
熟悉：在基因组保持、表达和基因调控中主要酶和蛋白质的结构和作用机制；分子生物学技术在鉴定、诊断和治疗中的作用。
三、课程内容与学时分配课程内容与学时分配表第一章相互认识及课程简介1．认识学生、了解学生的英语水平, 并据此初步确定授课语言比例及英语语速。
2．课程介绍：介绍教学目标和方法及教学内容和安排。
3．促使学生开始像科学家一样思考。
4．完成学习小组分组。
第二章基因组保持1－核酸与染色体的结构（教材第6至第7章）第一节DNA的结构与拓扑异构酶重点：DNA的双螺旋结构与DNA的功能和复制之间的关系，以及DNA拓扑异构酶在解决细胞中DNA拓扑结构中的重要性。
第二节RNA的结构与核酶重点：RNA可以折叠成高级结构的机制，不同核酶的结构与功能。
２００７Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．１１中国蜂业ＡＰＩＣＵＬＴＵＲＥＯＦＣＨＩＮＡＡｄｖａｎｃｅｓｏｎｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ）ｏｆｈｏｎｅｙｂｅｅＳｕＳｏｎｇｋｕｎＺｈａｎＹｉＣａｉＦａｎｇＬｉｕＦａｎｇＣｈｅｎＳｈｅｎｇｌｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｆｒｏｍｔｈｅｗｉｎｔｅｒｉｎ２００６ｔｏｔｈｅｓｐｒｉｎｇｉｎ２００７，ｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ）ｐｒｅｖａｉｌｅｄｗｏｒｌｄｗｉｄｅｌｙａｎｄｃａｕｓｅｄｈｅａｖｙｌｏｓｓｅｓ．ＣＣＤｉｓａｓｙｎｄｒｏｍｅｔｈａｔｍｏｓｔｏｆｔｈｅａｄｕｌｔｗｏｒｋｅｒｂｅｅｓｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄｒａｐｉｄｌｙａｎｄａｂｒｕｐｔｌｙ，ｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｂｏｄｉｅｓｉｎｓｉｄｅｈｉｖｅ．Ｔｈｅｒｅｏｎｌｙｌｅｆｔｔｈｅｑｕｅｅｎ，ｂｒｏｏｄｓ，ｓｏｍｅｙｏｕｎｇｗｏｒｋｅｒｂｅｅｓａｎｄｈｕｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｈｏｎｅｙａｎｄｐｏｌｌｅｎｉｎｃｅｌｌｓ．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃａｕｓｅｏｆＣＣＤｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ｔｈｅＩｓｒａｅｌｉＡｃｕｔｅＰａｒａｌｙｓｉｓＶｉｒｕｓ（ＩＡＰＶ）ｗａｓｓｕｒｖｅｙｅｄｔｏｂｅｓｔｒｏｎｇｌｙｒｅｌａｔｉｖｅｔｏＣＣＤ．ＴｈｅｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓｏｆＣＣＤｗａｓｓｔｉｌｌｕｎｄｉｓｃｏｖ－ｅｒｅｄ．Ｔｈｅａｄｖａｎｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｙｍｐｔｏｍｓｏｆＣＣＤａｎｄｉｔｓｐｏｓｓｉｂｌｅｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ，ｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ．ＩｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈａｔｓｅｖｅｒａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｏｎＣＣＤｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｔｏｃｏｎｔｒｏｌＣＣＤ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｈｏｎｅｙｂｅｅ，ＣｏｌｏｎｙＣｏｌｌａｐｓｅＤｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ），ＩｓｒａｅｌｉＡｃｕｔｅＰａｒａｌｙｓｉｓＶｉｒｕｓ（ＩＡＰＶ）摘要：２００６年冬到２００７年春，蜂群崩溃失调病（ｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ，简称ＣＣＤ）在世界范围内流行，已造成巨大损失。
蛋白质学【proteomics】蛋白质组学是指采用各种大规模蛋白质分离和识别技术研究手段来研究蛋白质组的一门科学。
目前，蛋白质组学作为基因组DNA序列与基因功能之间的桥梁，通过蛋白质的鉴定、定量检测、细胞或亚细胞分布、修饰状态、相互作用研究等，揭示蛋白质功能。
代谢组学【metabolomics】代谢组学指通过对某一细胞、组织、器官或者体液内所有代谢物进行高通量检测、定性和定量分析，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化，尤其是内原代谢、遗传变异、环境变化及各种物质进入代谢系统的特征和影响，并寻找代谢物与生理病理变化相对应关系的研究方式的科学。
RNA组学【RNonmics】RNA组学是从基因水平系统研究细胞中全部非编码RNA分子的结构与功能，从整体水平阐明RNA的生物学意义的科学。
RNA组学作为后基因组时代一个重要的前沿科学。
是基因组学和蛋白质组学研究的扩充和延伸。
RNA组学重在揭示由RNA介导的遗传信息表达控制网络，以不同于蛋白质编码基因的角度来注释和阐明人类基因组的结构与功能，为人类疾病的研究和治疗提供理论基础。
生物信息学【Bioinformatics】生物信息学是伴随着基因组的研究加之计算机信息管理技术的快速发展而诞生的一门新兴的交叉学科。
它以生物大分子为研究对象，以计算机为主要工具，发展各种软件，对日益增长的DNA和蛋白质的序列和结构进行收集、整理、储存、发布、提取、检索与分析，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘，已到达理解这些生物大分子信息的生物学意义。
糖复合物【glycoconjugates】糖复合物是由聚糖以共价键与蛋白质或脂类结合形成的化合物。
包括糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂。
N—连接糖链【N-linked glycosylation】糖蛋白分子中，糖链的N—乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成N—糖苷键，此种糖链为N—连接糖链，也称N—连接聚糖。
连接点的结构为：GlcNAcβ-N-Asn。
非靶和靶向代谢组学、转录组学、蛋白组学和宏基因组学是近年来在生物医学领域中备受关注的研究方向。
这些研究方法和技术不仅为生命科学领域的研究提供了新的视角和手段，也为疾病的筛查、诊断和治疗提供了新的思路和途径。
本文将分别就这四个研究领域进行介绍，分析其在生物医学领域中的应用和发展前景。
一、非靶和靶向代谢组学1. 非靶代谢组学是指在没有预设代谢产物的假设下，全面分析生物样本中的所有代谢产物。
该技术通过质谱和核磁共振等方法对生物样本中的代谢产物进行检测和分析，从而揭示生物体内的代谢组成和代谢途径。
非靶代谢组学已被广泛应用于疾病的早期诊断、疾病机制的研究和药物的研发等领域，展现出了巨大的应用潜力。
2. 靶向代谢组学则是一种有目的地筛选和分析特定代谢产物的方法。
通过这种技术，研究者可以有针对性地对某些代谢物进行深入研究，从而更好地理解其在疾病发生发展中的作用机制。
靶向代谢组学在肿瘤研究、心血管疾病研究等方面取得了重要进展。
二、转录组学1. 转录组学是一种全面研究生物体内全部转录本的方法。
通过高通量测序技术，研究者可以获得生物样本中所有mRNA的序列信息，从而全面了解生物体内基因的表达情况和调控网络。
转录组学已被广泛应用于肿瘤、免疫系统疾病等领域，为疾病的诊断和治疗提供了重要参考。
2. 近年来，单细胞转录组学技术的发展为转录组学研究带来了新的突破。
该技术能够从单个细胞中获得转录组信息，揭示不同细胞类型和状态下的转录差异，为细胞分化、疾病发生发展等提供了重要线索。
三、蛋白组学1. 蛋白组学是一种全面研究生物体内全部蛋白质的方法。
通过质谱等技术，研究者可以了解生物样本中所有蛋白质的种类、表达水平和修饰情况，从而全面了解蛋白质在生物体内的功能和调控机制。
蛋白组学已被广泛应用于肿瘤标志物的发现、药物靶点的筛选等研究领域。
2. 磷酸化、甲基化等蛋白质修饰的研究成果为蛋白组学研究带来了新的发展方向。
研究者可以通过蛋白组学技术对这些蛋白质修饰进行深入研究，从而揭示它们在疾病发生发展中的作用机制。
可编辑修改精选全文完整版化学生物学专业博士研究生课程教学大纲课程名称：蛋白质组学及应用课程编号：0703201F08学分：2总学时数：40开课学期：第2学期考试方式：笔试课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）随着人类基因测序的基本完成，人类基因组计划开始进入后基因组时代。
蛋白质组学(Proteomics)已成为功能基因组学的重要研究领域，是当今生命科学研究的热点与前沿领域。
本课程主要从蛋白质组与蛋白质组学的基本概念入手，重点介绍这一崭新领域的诞生与发展，并以具体的研究成果，详细介绍蛋白质组学研究的相关技术及应用进展。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握蛋白质的结构、功能基因组和蛋白质组、蛋白质组学研究的方法及相关分离、分析、检测、鉴定技术，蛋白质组学研究中的生物信息学及蛋白质组学的应用等，如肿瘤发生与发展的比较蛋白质组学、细胞凋亡的蛋白质组学、蛋白质组学与新药开发等方面的知识。
本课程主要适用于化学、化工、生物、医学等学科领域的研究生选修。
教学内容、要求及学时分配：第一章功能基因组与蛋白质组(2学时)1. 基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系2. 蛋白质组学研究的内容和意义3. 蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势本章要求：了解基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系，蛋白质组学研究的内容和意义。
蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势。
第二章蛋白质的结构与表征(2学时)1. 蛋白质的组成、分类2. 蛋白质的一级、二及、三级结构等基本概念3. 蛋白质结构与功能的关系4. 蛋白质结构分析的方法和技术本章要求：了解蛋白质的组成、分类、一级、二及、三级结构等基本概念，蛋白质结构与功能的关系，蛋白质结构分析的方法和技术等。
第三章蛋白质组学研究方法(3学时)1. 蛋白质组学研究的方法和技术2. 二维凝胶电泳技术3. 多维色谱分离技术4. 生物质谱鉴定技术本章要求：了解蛋白质组学研究的方法和技术，如二维凝胶电泳技术、多维色谱分离技术、生物质谱鉴定技术等。
蛋白组学技术和低丰度蛋白检测一、蛋白组学研究概述1994年Williams和Wilkins首先提出蛋白组学（proteome or proteomics）的概念，这是由英文“蛋白”和“基因”组合而成的新英文名词，表示由基因组或一个细胞表达的全部蛋白质。
是研究细胞、组织和生物体蛋白质组成及其变化规律的学科，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。
自2001年Nature和Science同时公布人基因组，意味着生命科学的研究进入了包括蛋白组学的后基因时代。
蛋白组学为生命科学中的新领域，成为研讨、检测蛋白质的平台。
蛋白质组学概念提出以后，也在不断地演变和深化，显示了人们对蛋白质认识不断发展。
在实际工作中，临床蛋白质组更多指蛋白质群，一组蛋白质成为某些疾病的诊断标志，将提高临床实验诊断效果和准确性，使治疗目标更明确，帮助判断预后。
人类细胞约有3万个基因，重要的蛋白质约2万～10万种，蛋白质种类繁多，物理特性不一，生理作用广泛，且分子量差别很大，在体内浓度不一（从102g/L～10-18g/L）。
在上万种蛋白质中，全部血浆蛋白质含量为60～80g/L，血浆中最高丰度蛋白质（浓度＞g/L）有10种：清蛋白、IgG、转铁蛋白、纤维蛋白原、IgA、α2巨球蛋白、IgM、α1抗胰蛋白酶、补体C3和触珠蛋白。
占所有血浆蛋白质的90%，次高丰度（浓度＞10-1g/L）蛋白质有12种：载脂蛋A1、载脂蛋B、酸性-1-糖蛋白、脂蛋白、H因子、铜蓝蛋白、补体C4、补体因子B、前清蛋白、补体C9、补体C1q和补体C8；血浆其他1%蛋白质浓度约在0.1pg/L～0.1g/L之间，目前，临床上常规方法的最低检测限＞10-14mol（约0.01ng/L），能检测的蛋白质约1000余种，见图-1。
图-1 蛋白质检测水平当前技术水平只能检测到实际存在的蛋白质的10%，大量的可能携带疾病信息的蛋白无法检出。
综观现代医学，其中最薄弱的环节是实验诊断医学。
