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北京大学生命科学院 唐建国
一、基因
二、蛋白质 三、基因与蛋白质的关系
四、基因组 五、蛋白质组
（五）蛋白质组
什么是蛋白质组？它是生物个体表达的蛋白质分子总和。生物个体基因，遗传物质所表达出来的蛋白质数目的总和，我们称为蛋白质组 基因组有3万-4万个，通过基因组计划我们已经知道，也就是说人类的蛋白质总数可以在3万-4万个，这是最基本的数目。通过蛋白质的复杂质程度可以推断它的数目可以远远在这个之上，但至少是在这个数目。生物个体所含的蛋白质组是可变的。肌肉细胞与肝细胞的基因组是一样的，但由于它们的基因表达情况的不同，这两种组织呈现出的蛋白质组是不一样的，就是说，生物个体所含的蛋白质组是可变的，同种生物不同组织不同细胞，其蛋白质组是不一样的，同一生物同一组织或细胞在不同生理状态下，其蛋白质组是有差异的。比如患了肝炎的肝，不能帮助消化。肝脏组织在非正常时与正常时其蛋白质组是不一样的，产生了变化，即在病理状态下，某些蛋白质发了变化，以至于不能行使正常功能。这就是说，同一组织在不同状况下蛋白质组也会是不一样的。为了解析蛋白质组，就要找出在特定条件下生物体某组织的蛋白质总数。人体可以制造30万种蛋白。但是人体基因可以编码出成30万种蛋白质，并非就在同一细胞中完完全全表达，不是这样的。比如，红细胞中，表达出来的蛋白主要是血红蛋白，在血液中运送氧气，其它蛋白的表达则非常少。我们所要研究的某一组织的蛋白质组总数，会低于我们预测的30万个，不同组织是不一样的。除了找出某种组织的蛋白质总数之外，还要指出每一蛋白质分子是什么东西。在蛋白质组中，我们提出一个叫功能蛋白质组，它是针对这种情况说的：比较正常组织与非正常组织的蛋白质组的区别，比如患肝炎的肝组织与正常肝组织之间比较其蛋白质组的区别，我们要找出哪些蛋白质发生了变化，那些发生了变化的蛋白质就跟肝炎有关了。我们要找出变化比较大的少数蛋白质分子，研究这些少数蛋白质的结构功能，也许可以从中寻找到药物来治病，这样就与生物产业挂上钩了。基因组最后要达到在蛋白质水平上来解决问题，蛋白质组的研究过程可能产生出一些有知识产权的药物，解决我们生命的一些问题。蛋白质组的研究计划相对基因组的研究要弱些。蛋白质组的研究是非常重要的，基因组研究仅仅解决了基因的序列、指认，但基因在我们生理状态下到底起什么作用，需要在蛋白质组的研究中来解释这些蛋白质的功能。在蛋白质组学的研究中才能发现这个基因在这种病理状态下起什么样的重要功能，提示我们怎样通过基因表达的调控或对它产物怎样激活或抑制来控制某种疾病。这比较太技术一点。在蛋白质组研究中，我们要转用一些电泳方面的技术，这叫等电聚焦技术，它通过电荷的不同将这些蛋白质分离开来，这叫SDS电泳，靠分子量大小的不同进行分离。在蛋白质组研究里面最重要的是二维蛋白电泳技术。它首先以分子电荷大小的不同进行分离，然后以分子量大小不同进行分离。一个方向根据蛋白质分子电荷大小进行分离，另一个方向根据蛋白质分子量大小进行分离，最后可将蛋白质分子分得非常散。从这面上，可以直观地看到很多蛋白点有什么样的变化，通过这张图，比如说这张图要是正常的图的话，跟病理状态得到的二维电泳图进行比较，可以发现某一个蛋白点它的量有什么变化，是增加了还是消失了。这是实验得到的一个二维电泳图。可以跟许多二维电泳图来进行比较，然后找出这上面的许多点，都是蛋白质，与正常生理的图进行比较，如果找出某个点发生很大变化，就可能找出与这病理有关的蛋白质，将它拿出来做进一步研究。蛋白质组要做的工作非常多，就一个蛋白进行研究往往可花上几十年。一个基因非常简单，就是DNA双螺旋这么个东西，只是由四个核苷酸组成的序列；落实到蛋白质上有20种氨基酸，组成的蛋白质空间结构可以有很大的不同，所以蛋白质的研究非常复杂。蛋白质组还需通过质谱研究二维电泳中这个蛋白点的分子量是多大，然后可以通过碳谱，通过N端序列分析确定这个蛋白点是什么蛋白点，是我们已知的酶还是根本不知道的蛋白质。这是个质谱，可以告诉分子量，这个信息可以通过计算机帮助产生bioinformatics（生物信息学）。它可以提供我们前面谈到的二维电泳，把它做成数据库。正常的跟病理的，它可以做成这样的数据库供大家参考，某一点蛋白点是怎么样的。如果这个蛋白点是新的，我们把它解析出来之后把它标出来，这个蛋白点就是某一个转因蛋白，或是某一个酶之类。通过这样可以贮存分子量，碳谱、序列。由生物信息学就可以处理由二维电泳得到的这些蛋白点得到的一些信息。蛋白质非常复杂，这个跟糖的生物化学有关系。这个蛋白质的链上面可以挂上糖基，这些小圈相当于不同的糖基，这些糖基序列怎样掺入？它没有按照基因这样的遗传信号掺入，这样掺入只是利用糖苷酶自然地把糖基掺进去。这样的糖基很难由一种结构来预测，也就是说，这些糖基的掺入使蛋白质的功能更加复杂化。实际上，绝大多数的蛋白质的分子是属于糖基的，都是挂有这样的糖基的。要研究出一个蛋白质的结构功能要花很大力气。不是象基因组这么简单。所以我希望给大家一个信息，基因组的功成功解析仅仅是万里长征的第一步，后面还有很多蛋白质组学要研究的工作。这就是我前面讲的从基因组到蛋白质组的内容。
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