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一、蛋白質組學的誕生背景

       在了解蛋白質組學（Proteomics）之前，我們先了解一下蛋白質(protein)和蛋白質組(Proteome)。蛋白質是由α-氨基酸按一定順序結合形成一條多肽鏈，再由一條或一條以上的多肽鏈按照其特定方式結合而成的高分子化合物。蛋白質是構成人體組織器官的支架和主要物質，在人體生命活動中起著重要作用。蛋白質組的概念最先由澳大利亞博士Marc Wilkins在1994年提出，指的是由一個基因組(Genome)或一個細胞、組織表達的所有蛋白質。隨著生命科學的發(fā)展，僅研究基因組已不能滿足對生命活動全面理解的需求，所以蛋白質組學作為一門新興學科應運而生。蛋白質組學是指在大規(guī)模、系統(tǒng)性地研究某一特定生物體、組織、細胞在特定時間和特定條件下所表達的全部蛋白質的特征，包括蛋白質的種類、表達水平、修飾狀態(tài)、相互作用以及它們的功能等多個方面的一門學科。

二、蛋白質組學與其他組學的區(qū)別與聯系

三、蛋白質組學的研究重要性

       雖然基因決定蛋白質的水平，但mRNA只包含了轉錄水平的調控，其表達水平并不能代表細胞內活性蛋白的水平，且轉錄水平的分析不能反應翻譯后對蛋白質的功能和活性起至關重要作用的蛋白修飾過程，如?；?、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白質組學除了能夠提供定量的數據以外，還能提供包括蛋白定位和修飾的定性信息。只有通過對生命過程中蛋白質功能和蛋白質之間的相互作用以及特殊條件下的變化機制進行研究，才能對生命的復雜活動具有深入而又全面的認識。

四、蛋白質組學的研究內容 

4.1 蛋白質定性 

       定性蛋白質組學可以鑒定細胞、組織或器官內的蛋白質種類（蛋白質組全譜鑒定），當前主要的定性分析技術是液相色譜-質譜技術（LC-MS/MS）。

4.2 蛋白質定量 

       定量蛋白質組學旨在研究特定條件下蛋白質的表達量變化。例如在許多疾病的發(fā)生和發(fā)展進程中，常常伴隨著某些蛋白質的表達異常。定量蛋白質組學就是把一個基因組表達的全部蛋白質或一個復雜的混合體系中所有的蛋白質進行精確的定量和鑒定。定量蛋白質組學技術主要分為標記（Label）和非標記（Label free）定量策略，標記策略又分為體內標記和體外標記兩種。

4.3 蛋白質翻譯后修飾

       常見的修飾類型有磷酸化、糖基化、甲基化、乙?；?，翻譯后修飾是增加蛋白質組多樣性的關鍵機制，分析蛋白質及其翻譯后修飾對于心臟病、癌癥、神經退行性疾病和糖尿病的研究尤為重要。

4.4 蛋白質相互作用分析 

       蛋白質很少單獨發(fā)揮作用，它們通過相互作用形成復雜的網絡來執(zhí)行各種生理功能。酵母雙雜交、免疫共沉淀結合質譜分析（Co-IP/MS）等是用于研究蛋白質相互作用的常用技術。

五、蛋白質組學研究技術與方法 

5.1 樣本采集與制備 

       蛋白質組學研究中不同來源樣本（生物組織、細胞、體液等）的采集方式不同。樣本制備環(huán)節(jié)，包括蛋白質的提取、分離、純化等具體步驟及相關原理，確保獲取高質量且適合后續(xù)分析的蛋白質樣本。

5.2 分離技術 

       常用的蛋白質分離技術，像凝膠電泳（如雙向凝膠電泳，可依據蛋白質的等電點和分子量進行分離）、液相色譜（依據不同的理化性質分離蛋白質）等。

5.3 鑒定與定量技術 

       質譜技術是目前蛋白質組學中核心的鑒定和定量工具。它允許研究人員鑒定復雜生物樣品中的蛋白質和它們的修飾，極大地促進了生命科學的研究，特別是在疾病機理、藥物開發(fā)和臨床診斷等領域中發(fā)揮了不可替代的作用。質譜技術中生物樣本的前處理對蛋白質組的檢出深度具有重要影響，磁珠法已經成為重要的前處理手段（http://m.5000js.com/Product/MSpretreatment/proteomics/）。

 六、應用領域 

6.1 基礎生命科學研究 

       在細胞生物學方面，通過蛋白質組學分析細胞周期中蛋白質的變化來揭示細胞增殖的調控機制；在發(fā)育生物學領域，研究胚胎不同發(fā)育階段蛋白質組變化對于理解生物體發(fā)育過程的幫助；在物種進化研究中，對比不同物種蛋白質組差異來推斷進化關系和適應性進化特點。

6.2 醫(yī)學領域 

       在疾病診斷上，利用蛋白質組學尋找疾病特異性生物標志物用于早期診斷；在疾病治療方面，研究藥物作用靶點蛋白以及藥物耐藥機制中蛋白質組學的關鍵作用。

6.3 農業(yè)領域 

       在作物研究中，分析不同品種作物蛋白質組差異來篩選與抗逆性、產量、品質相關的關鍵蛋白質，進而指導作物改良的應用；在畜牧養(yǎng)殖方面，研究畜禽不同生長階段蛋白質組變化對優(yōu)化飼養(yǎng)方案、提高肉質品質等。

七、發(fā)展現狀與展望 

       當前蛋白質組學在各個領域已經實現的一些重大突破，比如某些疾病標志物的成功發(fā)現、對一些復雜生命機制的新認識等。但是像樣本復雜性導致的蛋白質鑒定和定量準確性難題、技術成本較高、數據分析的復雜性等目前存在的因素制約蛋白質組學進一步快速發(fā)展。隨著技術不斷革新，可能會實現更快速、更精準、更全面的蛋白質分析，有望在個性化醫(yī)療、生態(tài)環(huán)境保護等更多新領域發(fā)揮重要作用。