第7讲 蛋白质组学 生物信息学

生物信息学分析FAQCHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION (3)什么是GO？ (3)GO和KEGG注释之前，为什么要先进行序列比对（BLAST）？ (3)GO注释的意义？ (3)GO和GOslim的区别 (4)为什么有些蛋白没有GO注释信息？ (4)为什么GO Level 2的统计饼图里蛋白数目和差异蛋白总数不一致？ (4)什么是差异蛋白的功能富集分析&WHY？ (4)GO注释结果文件解析 (5)Sheet TopBlastHits (5)Sheet protein2GO/protein2GOslim (5)Sheet BP/MF/CC (6)Sheet Level2_BP/Level2_MF/Level2_CC (6)CHAPTER TWO ABOUT KEGG PATHWAY ANNOTATION (7)WHY KEGG pathway annotation? (7)KEGG通路注释的方法&流程？ (7)KEGG通路注释的意义？ (7)为什么有些蛋白没有KEGG通路注释信息？ (8)什么是差异蛋白的通路富集分析&WHY？ (8)KEGG注释结果文件解析 (8)Sheet query2map (8)Sheet map2query (9)Sheet TopMapStat (9)CHAPTER THREE ABOUT FEATURE SELECTION & CLUSTERING (10)WHY Feature Selection? (10)聚类分析（Clustering） (10)聚类结果文件解析 (10)CHAPTER FOUR ABOUT PROTEIN-PROTEIN INTERACTION NETWORK (12)蛋白质相互作用网络分析的意义 (12)蛋白质相互作用 VS生物学通路？ (12)蛋白质相互作用网络分析结果文件解析 (12)CHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION什么是GO？随着多种生物基因组的相继解码，同时大量ESTs以及gene expression profile date的积累，使得annotation的工作量和复杂度大大增加。

生物信息学在蛋白质组学研究中的应用在当今生命科学的前沿领域中，蛋白质组学的研究正如火如荼地开展着。

蛋白质组学旨在全面、系统地研究细胞、组织或生物体中蛋白质的组成、结构、功能以及相互作用。

而生物信息学作为一门交叉学科，正为蛋白质组学的研究提供了强大的工具和方法，加速了我们对生命活动的深入理解。

蛋白质组学研究产生了海量的数据，这些数据的复杂性和规模远远超出了传统实验方法所能处理的范围。

生物信息学的介入就像是为这些数据的分析和解读配备了一把“万能钥匙”。

它通过运用各种算法、数据库和统计方法，能够从纷繁复杂的数据中挖掘出有价值的信息。

首先，在蛋白质鉴定方面，生物信息学发挥着关键作用。

质谱技术是目前蛋白质组学研究中常用的蛋白质鉴定手段。

通过质谱分析得到的大量肽段数据，需要与蛋白质数据库进行比对，以确定其对应的蛋白质。

生物信息学提供了高效的算法和软件，能够快速准确地完成这一比对过程。

例如，常用的搜索引擎如 Mascot 和 SEQUEST 等，它们基于不同的算法原理，能够根据质谱数据的特征，在庞大的蛋白质数据库中搜索匹配的肽段和蛋白质。

除了鉴定，蛋白质定量也是蛋白质组学研究的重要内容。

在这方面，生物信息学同样不可或缺。

基于质谱的定量蛋白质组学技术，如标记定量（如 iTRAQ、TMT 等）和非标记定量，都会产生大量的数据。

生物信息学工具可以对这些数据进行处理和分析，计算出不同样品中蛋白质的相对或绝对丰度。

通过统计学方法，可以筛选出在不同条件下表达水平发生显著变化的蛋白质，为进一步研究蛋白质的功能和调控机制提供线索。

在蛋白质结构和功能预测方面，生物信息学也有着出色的表现。

虽然实验方法可以测定蛋白质的三维结构，但由于技术难度和成本等因素的限制，能够测定结构的蛋白质数量相对较少。

生物信息学通过利用已知蛋白质结构的信息和相关算法，可以对未知结构的蛋白质进行结构预测。

同时，根据蛋白质的序列特征和结构信息，还可以预测其功能，例如酶的活性位点、蛋白质的相互作用位点等。

生物信息学中的蛋白质组学和蛋白质互作随着科技的飞速发展，生物学研究已经从单一的分子和单一的基因上升到了组学领域。

其中，蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质的一门科学。

蛋白质是细胞的重要组成部分，不仅参与物质代谢和能量转化，还能调控细胞的信号转导和基因表达等生命活动。

因此，蛋白质组学也是基础医学、临床医学和药物研发等多个领域的重要研究方向。

而蛋白质互作则是蛋白质组学中的一个重要分支，主要研究蛋白质之间的相互作用关系。

一、蛋白质组学蛋白质组学是从基因组学和转录组学中发展而来的。

基因组学研究的是基因组，即生物体内所有基因的总体组成和结构；转录组学则研究的是转录组，即基因在特定的生理条件和生化环境下的表达水平和模式。

而蛋白质组学则是研究生物体内所有蛋白质的总体组成和结构，从而探究它们的生物学功能。

蛋白质组学主要包括以下几种方法：蛋白质质谱、两性二维电泳、蛋白质芯片、蛋白质鉴定、蛋白质结构预测和功能分析等。

二、蛋白质互作蛋白质互作是通过研究蛋白质之间的相互作用关系，探究蛋白质所在的生理过程和生物学功能。

蛋白质互作主要分为直接和间接两种方式。

直接互作是指两个或多个蛋白质之间通过化学或生物学方法直接结合形成复合物；间接互作则是指两个或多个蛋白质之间通过其他蛋白质介导进行相互作用。

蛋白质互作研究方法有很多，其中最常用的是酵母双杂交技术、共免疫沉淀法、生物亲和层析法、荧光共振能量转移法和蛋白质芯片技术等。

这些方法可以通过筛选出与特定蛋白质相互作用的其他蛋白质，帮助我们探究生命活动的调控机理。

三、蛋白质组学在疾病研究中的应用近年来，随着蛋白质组学方法和技术的不断发展，越来越多的学者开始尝试将其应用于疾病的研究和诊断。

例如，通过蛋白质组学研究，已经发现了一些新型肿瘤标志物，如前列腺特异性抗原(PSA)、癌胚抗原(CEA)和甲胎蛋白(AFP)等。

此外，蛋白质组学还可以研究疾病的发生机理和治疗方案。

例如，蛋白质组学可以揭示癌细胞中的特定靶标，从而帮助开发出更有效的治疗方案。

蛋白质组学研究的内容、方法及意义生物有机体的生理活动、病理活动以及药物的作用主要是通过蛋白质来实现的，然而仅凭目前已知的蛋白质根本无法阐明各种复杂的生命活动过程，因此，以基因组的研究成果为基础，以各种先进技术为支撑，进一步研究生物有机体的全部蛋白质结构、功能及其相互作用已经成为必然。

目前大量工作者致力于蛋白质组学的研究，本文现对此作一简述。

1.蛋白质组学的定义及研究内容蛋白质组学(Proteomics)是研究在特定时间或环境下某个细胞或某种组织的基因组表达的全部蛋白质。

蛋白质组学的真正含义在于：它不是按照传统的方式孤立地研究某种蛋白质分子的功能，而是应用各种蛋白质组学技术研究某种蛋白质在复杂的细胞环境中的功能。

蛋白质组学旨在列出全部蛋白质的细目，弄清每一个蛋白质的结构和功能及蛋白质群体内的相互作用，对比在疾病和健康状态下它们的表达水平的变化。

蛋白质组学分为表达蛋白质组学和细胞图谱蛋白质组学。

前者利用各种先进技术研究蛋白质表达的整体变化，即研究在机体的生长发育、疾病和死亡的不同阶段中，细胞与组织的蛋白质组分的变化；后者主要通过分离蛋白质复合物系统地研究蛋白质间的相互作用。

2.蛋白质组与基因组的关系基因是遗传信息的携带者，蛋白质则是生命活动的执行者。

实际上每一种生命运动形式，都是特定蛋白质群体在不同时间和空间出现并发挥功能的结果。

因而蛋白质组研究是我们理解细胞功能和疾病发生发展过程的中心环节。

如果不能共同致力于蛋白质组的研究，那么基因组的研究成果将无法兑现。

ＤＮＡ序列所提供的信息仅仅是一种静止的资源，而细胞的生命活动是通过各种蛋白质来实现的一种动态过程。

一个机体内所有不同的细胞都共享同一基因组，然而同一个机体的不同细胞和不同组织却有不同的蛋白质组，而且机体在不同发育阶段，直至最后消亡的全过程中蛋白质组也在不断变化。

因而蛋白质组要比基因组复杂得多。

由于对转录产物的选择性剪切、翻译起止点的变化或者ｍＲＮＡ上三联体密码发生移码突变等均可以明显促进蛋白质多样性的产生，而且ｍＲＮＡ的水平并不能反映蛋白质水平，即使一个开放阅读框(ＯＲＦ)呈现在面前，也根本无法证实某种蛋白质存在与否。

生物信息学中的蛋白质组学技术随着生物学和计算机科学的快速发展，将蛋白质组学技术与生物信息学相结合已经成为了研究蛋白质在生物系统中作用和展现的重要手段。

蛋白质组学技术是近年来兴起的一种高通量技术，能够在不同紧急和不同条件下快速鉴定蛋白质并进行分析。

本文将介绍生物信息学中的蛋白质组学技术的基本原理、常用方法和应用。

蛋白质组学技术的基本原理在生物信息学中，蛋白质组学技术是一种定量蛋白质和代谢产物分析的方法。

通过分析生物体中蛋白质的组成和分布，可以解决蛋白质相互作用、代谢通路、信号转导等复杂的分子机制问题。

蛋白质组学技术基于蛋白质在生物体中的表达、功能和亚细胞分布等特性，采用多种生化分离和质谱技术对蛋白质进行鉴定和定量分析。

蛋白质组学技术常用的方法1. 二维凝胶电泳技术（2-DE）二维凝胶电泳技术是一种常用的分离和定量蛋白质的方法。

它将蛋白质分子按照电荷和分子量两个维度进行分离，从而得到一个二维蛋白质电泳图谱。

这种方法可以分离出几千个蛋白质，是高分辨率蛋白质分析方法之一。

同时，二维凝胶电泳技术也被广泛应用于酶活性的检测和定量。

由于其对样品量要求较高和谱图分析的复杂性，二维凝胶电泳技术的应用范围受到一定限制。

2. 质谱技术质谱技术是一种利用质谱仪进行蛋白质鉴定的方法。

这种方法依赖蛋白质分子的离子化和碎片化，将碎片化的蛋白质进行质谱分析，进而得到各种化学参数。

质谱技术的优势在于可以分析极小量的蛋白质，并对蛋白质分子的序列和结构进行分析。

同时，质谱技术在准确度、灵敏度和多样性等方面优于其他适用于该领域的分析技术。

3. 蛋白质芯片技术蛋白质芯片技术是一种高通量的蛋白质定量和分析技术。

通过将具有不同功能的蛋白质分子或其片段加到芯片上，可以同时检测数千个蛋白质或蛋白质相互作用。

蛋白质芯片技术可用于测定蛋白质表达量、活性、功能和相互作用，以及蛋白质与其他分子的交互作用。

这种技术的优势在于其快速性、简便性和灵敏度，足以满足复杂生物样品的多维蛋白质表达、诊断和治疗等需求。

生物信息学中的基因组学和蛋白质组学生物信息学是对生物学的理解和掌握而产生的学科，是应用计算机技术和信息科学方法来处理、储存和分析生物学数据的学科。

生物信息学不仅涉及到基础科学方面的内容，还与生物工程、医药研究、环境监测、生物保护等有着紧密的联系，具有重要的理论及实践意义。

生物信息学主要分为三个分支，包括基因组学、蛋白质组学和生物数据挖掘。

本文将介绍其中的基因组学和蛋白质组学。

一、基因组学基因组学是一门研究全基因组结构、功能及其进化等方面的学科。

随着人类基因组计划和各种生物物种基因组测序技术的成熟，分子遗传学发生了革命性的变化。

基因组学在促进生物学的发展进程中具有举足轻重的地位。

1.基因组测序随着第一次完全测序人类基因组的完成，基因组测序技术已成为生命科学领域的基础。

基因组测序技术不仅帮助人类了解本身，还可以解析其它生物的遗传信息，为各种医学、农业、生态学等领域研究奠定基础。

2.基因组的比较和进化通过比较基因组序列，可以了解不同物种之间基因的演化关系，复制和转座过程，进而了解一些基因功能的进化情况，这对于开发新的疾病治疗策略、农业作物选择、生物多样性保护等领域都具备重要意义。

3. 系统生物学系统生物学是一门集大数据、数学模型、数据驱动的科学，用系统的方式去研究生命本质和现象，它是基因组学的一个重要方向。

它的研究手段主要有基于高通量实验获取的大量生物数据，结合数学建模和计算机分析，从而获得更深入的生物信息并提出高效生物学假说。

二、蛋白质组学蛋白质组学是一门研究蛋白质在整个生物系统中的功能、结构、相互作用以及与基因表达调控等方面关系的学科。

随着大规模蛋白质组学数据的不断产生和普及，蛋白质组学成为了现代生物学领域中一个重要的方向。

1. 蛋白质的定量和鉴定蛋白质组学研究的一个主要目标就是用高通量技术来鉴定和定量蛋白质、翻译后修饰，利用着色法、荧光染色法和质谱方法等技术手段进行定量和鉴定。

对比基因组研究，蛋白质组学更直接的反映了体内的生物功能，更符合细胞生物学以及揭示疾病发生的基础机制的需求。