蛋白质组与临床蛋白质组学.ppt
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1、蛋白质组学Proteomics,硕士生学位课程:,总学时数:36教学目的和要求1.掌握蛋白质组与蛋白质组学的基本概念,基本理论与基本方法。2.熟悉蛋白质组研究的关键技术。3.熟悉利用蛋白质组研究策略设计研究课题的基本思路。4.培养开展临床蛋白质组学与疾病蛋白质组学研究的基础能力。,按照课程的总体要求,将课程分为12个专题进行讲授:,1、蛋白质组与蛋白质组学 2、蛋白质组学研究中的样品制备与分离技术3、生物质谱 4、蛋白质研究的其它方法(1)5、蛋白质研究的其它方法(2)6、临床蛋白质组学与疾病蛋白组学7、药物蛋白质组学及其临床应用,8、血浆/血清蛋白质组学和体液蛋白质组学9、亚细胞蛋白质组学及
2、研究进展10、心血管系统与消化系统疾病蛋白质组学11、神经系统蛋白质组学12、临床肿瘤蛋白质组学,授课教师,第1讲:邱宗荫 教授第2讲:颜玉蓉 副教授第3讲:母昭德 副教授第4讲:周 兰 教授第5讲:张雪梅 教授第6讲:冯 涛 教授,第7讲:张雪梅 教授第8讲:何於娟 副教授第9讲:颜玉蓉 副教授第10讲:冯 涛教授第11讲:周 兰教授第12讲:周 兰教授,参考教材与文献,主要参考教材:邱宗荫,尹一兵 等 编著,临床蛋白质组学。科学出版社,2008.4。其它参考教材:1、R.J.Simpson.Proteins and Proteomics:A Laboratory Manual.(影印版)。
3、科学出版社,2003。,2、R.J.Simpson.Purifying Proteins for Proteomics.(影印版)。科学出版社,2004。3、夏其昌 曾 嵘 等编著。蛋白质化学与蛋白质组学。科学出版社,2004。4、陈主初 肖志强 主编。疾病蛋白质组学。化学工业出版社,2006。,主要参考杂志,1、Proteomics(WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim)2、Proteomics-Clinical Applications(WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim)3、Electrophoresis(
4、WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim)4、Molecular&Cellular Proteomics(MCP)American Society for Biochemistry and Molecular Biology(ASBMB)5、Journal of Proteome Research(American Chemical Society),相关杂志,Proceedings of the National Academy of Science of the United State of America(美国国家科学院院刊),简称PNAS.Jour
5、nal of the National Cancer Institute(Journal of NCI)Oxford University Press(OUP)and National Cancer Institute(美国国家癌症研究所,NCI)Journal of Biological Chemistry(JBC)(American Society of Biochemistry and Molecular Biology,Inc.),授人以鱼,不如授人以渔。授人以鱼,三餐之需;授人以渔,终生之用。,我们应该从这门课程中学习当今生命科学前沿领域的研究思想,观点和方法。,第1讲:蛋白质组与蛋
6、白质组学Proteome and Proteomics,重庆医科大学药学院邱宗荫,本次讲授的内容,、从基因组到蛋白质组、蛋白质组与蛋白质组学的内涵、关于蛋白质、蛋白质组与基因组的差别、蛋白质组学的研究策略,、从基因组到蛋白质组,对人类文明产生重大影响的科学技术工程,曼哈顿计划阿波罗计划人类基因组计划,2023/10/4,13,人类基因组计划在科学上的目的,是测定组成人类基因组的30亿个核苷酸的序列。从而奠定阐明人类所有基因的结构与功能,解读人类的遗传信息。,The Human Genome,The International Human Genome ConsortiumInitial seq
7、uencing and analysis of the human genomeNature,409,February 15,860-921(2001),Venter et al.(Celera)The Sequence of the Human GenomeScience,291,February 16,1304-1351(2001),Genes predicted in Human Genome,Intl Consortium Celeraknown genes 14,882 17,764novel genes 16,896 21,350Total 31,778 39,114,人类基因数缩
8、水再缩水,由于测序技术方法的不断发展,对基因组分析的误差也在逐渐缩小。人类基因组数量也从34万,缩水到了25000左右。2007年,根据Broad研究所一项发表在PNAS上的研究表明,人类基因目录如Ensembl、RefSeq和Vega包括了许多开放阅读框,它们是任意出现的而不是蛋白质编码区域。这些发现将人类基因组中的蛋白质编码基因数目减少到了20500个。随着研究的进一步深入,这个数目还可能会有变化。而人类基因组中蛋白质编码基因数量之少,也是令人惊讶的。,人们认识生命过程分子机制的60年历程,1944 Avery et.al.provide evidence that DNA is the
9、hereditary material1953 Watson&Crick publish the double helical structure of DNA 1963 Nirenberg elucidates the genetic code,1964 Perutz connects the 3-D structure of proteins to the amino acid sequence1972-74 Development of recombinant DNA technology1975-85 Development of techniques for rapid DNA se
10、quencing,post-genome era,1990 Initiation of the Human Genome Project1995 First complete genome published(流感嗜血杆菌基因组序列首次被破译,在此后不到两年的时间,近50个细菌的基因组序列已被完成)1996 Affymetrix publishes about GeneChip2001 Human Genome Project completed,In The News:,“If 2000 was the year of the Genome,2001 will be the year of
11、the Proteome”Nightly Business Report 12/27/00,Time Magazine 7/3/00,The Economist 12/9/00,chemistry&engineering news 7/31/00,Scientific American 7/00,1994年,澳大利亚科学家Marc Wilkins提出蛋白质组概念。,The term was coined by Marc Wilkins in 1994 in the symposium:2D Electrophoresis:from protein maps to genomes in Sien
12、a,Italy,and was subsequently published in 1995,which was part of his PhD thesis.Wilkins used it to describe the entire complement of proteins expressed by a genome,cell,tissue or organism.Wasinger VC,Cordwell SJ,Cerpa-Poljak A,Yan JX,Gooley AA,Wilkins MR,Duncan MW,Harris R,Williams KL,Humphery-Smith
13、 I.(1995).Progress with gene-product mapping of the Mollicutes:Mycoplasma genitalium.Electrophoresis 7(7):109094.,2001年2月15日,英国自然周刊在发布人类基因组框架图时,同期登载了一条关于人类蛋白质组研究组织(Human Proteome Organization,HUPO)成立的消息,标题就叫“现在是蛋白质组了”。人类蛋白质组组织(HUPO)是一个国际事务、学术和政府成员的联盟。HUPO成立后,欧洲、亚太地区相继成立了区域性蛋白质组研究组织。,Nature,March 13,
14、2003,HUPO的工作重点为人类疾病与健康,协调公共蛋白质组组织的活动,鼓励有关人类蛋白质组和生物模型蛋白质组知识的广泛传播,将各国和各地区的蛋白质组研究组织统一在一个国际性的组织之中,DNA Complete description of genes in an organism,RNA Complete description of mRNA in a genome,ProteinComplete description of proteinsexpressed by a genome,Metabolites Complete description of metabolites exp
15、ressed by a genome,Catalog of all protein-DNA,protein-RNA,and protein-protein interactions,Genome Genomics,Transcriptome Transcriptomics,Proteome Proteomics,Metabolome Metabolomics,Interactome System Biology,Global,Targeted,Global,Targeted,Global,Targeted,Functional genomics or“phenomics”,、蛋白质组与蛋白质组
16、学的内涵,蛋白质组,蛋白质组的英文是PROTEOME,它来源于PROTEins和genOME两个词的组合,意思是Proteins expressed by a genome,即由基因组表达的蛋白质。随后,学者们对蛋白质组学的含义作了进一步的阐述,认为“proteome”代表一个完整生物或生物体不同细胞组合中的全部蛋白质。因此,目前认为蛋白质组的内涵是一个细胞、一类组织或一种生物的基因组所表达的全部蛋白质。,蛋白质组学,蛋白质组学(Proteomics)旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,其内容包括鉴定蛋白质的存在方式(修饰形式),研究其结构、功能、定量和相互作用等。,Proteomi
17、cs,Proteomics can be defined as the qualitative and quantitative comparison of proteomes under different conditions to further unravel biological processes.“Proteomics includes not only the identification and quantification of proteins,but also the determination of their localization,modifications,i
18、nteractions,activities,and,ultimately,their function.”(Stanley Fields.Proteomics in Genomeland.Science 16 February 2001 291:1221-1224),从认识生命的科学理论体系看,蛋白质组学属于系统生物学的范畴。,在过去的半个多世纪里,生物学和医学的研究主要是基于分析方法或还原方法(reduction approach)来探求生命现象的本质。其基本的研究思路是建立在将生物系统分解,或还原成各个组成部分的基础上。人们按照这种还原主义的研究策略已经获得了大量和重要的关于生物学“部件
19、”的认识,特别是对于单个基因和蛋白质的结构和功能有了越来越深入的了解。但是,还原主义研究策略的固有缺陷是难以从整体上了解生命系统的协同行为,更谈不上去了解生命系统协同行为的变化如何导致人类疾病的发生、发展,以及生命现象纷繁复杂的变化。,系统生物学(System/Systems Biology),系统生物学将生命过程作为一种大系统,而不是作为孤立的很多部分来进行定性和定量研究。它借助和发展多学科交叉的新的技术策略和方法,研究生命系统中所有组成成分的系统行为、相互联系以及动力学特性,进而揭示生命系统的基本规律与调控手段。以生物系统内的所有组成部分及其相互关系为对象,通过大规模动力学分析,用数学方法
20、抽象出生物系统的设计原理和运行规律。,将当前生物科学知识全面系统地联系在一起组建超级数据库网络-对盲人摸象认识论的革命,盲人摸象这个谚语是对“只见树木、不见森林”认识论的讽刺。遗憾的是,我们都曾经受到过这种认识论的影响。随着对大象表观基因组、基因组、转录组,蛋白质组以及糖组越来越精确的分析,人们越来越多地了解到事物的整体属性及其本质。但即便如此,我们仍需要知道各部分是怎样协调运作从而组成一个完整的大象的。,整体由部分构成图片来源:Wildlife Stock Pictures,Mining proteomes,To identify as many components of the prot
21、eome as possible,Mapping of proteomes of various organisms and tissuesComparison of protein expression levels for the detection of disease biomarkers,Department of Genomics&Proteomics,Department of Genetics&Biochemistry,Stanley Fields.Proteomics in Genomeland.Science 16 February 2001 291:1221-1224,、
22、关于蛋白质,Proteins are polyamides,their monomeric units are comprised of 20 different-amino acids,Proteins,main building blocks and functional molecules of the cell20%of cell weight(water:70%)four levels of structure3 10 nm,Function of Proteins,Enzymatic proteins(catalysts for such functions as digestio
23、n)Structural proteins e.g.collagen and elastin(connective tissue)Contractile proteins e.g.myosin(muscle movement)Transport proteins e.g.hemoglobin molecules(oxygen transport),Storage proteins e.g.casein(major source of aa for baby mammals)Hormonal proteins e.g.insulin(regulates sugar conc.in the blo
24、od)Receptor proteins(build into the membrane of nerve cells)Defensive proteins(antibodies to protect against diseases),R is commonly one of 20 different side chainsAt pH 7 both the amino and carboxyl groups are ionized,aminogroup,alphacarbon,carboxylgroup,side chaingroup,Amino Acid氨基酸是组成肽和蛋白质的基本单位,F
25、amilies of Amino Acids,The common amino acids are grouped according to whether their side chains are:acidic D,Ebasic K,R,Huncharged polar N,Q,S,T,Ynonpolar G,A,V,L,I,P,F,M,W,CHydrophilic amino acids(uncharged polar)are usually on the outside of a protein whereas nonpolar residues cluster on the insi
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