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一、蛋白質(zhì)組學(xué)的誕生背景

       在了解蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）之前，我們先了解一下蛋白質(zhì)(protein)和蛋白質(zhì)組(Proteome)。蛋白質(zhì)是由α-氨基酸按一定順序結(jié)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(jié)合而成的高分子化合物。蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體組織器官的支架和主要物質(zhì)，在人體生命活動中起著重要作用。蛋白質(zhì)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(xì)胞、組織表達(dá)的所有蛋白質(zhì)。隨著生命科學(xué)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(zhì)組學(xué)作為一門新興學(xué)科應(yīng)運而生。蛋白質(zhì)組學(xué)是指在大規(guī)模、系統(tǒng)性地研究某一特定生物體、組織、細(xì)胞在特定時間和特定條件下所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的種類、表達(dá)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(xué)科。

二、蛋白質(zhì)組學(xué)與其他組學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系

三、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究重要性

       雖然基因決定蛋白質(zhì)的水平，但mRNA只包含了轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，其表達(dá)水平并不能代表細(xì)胞內(nèi)活性蛋白的水平，且轉(zhuǎn)錄水平的分析不能反應(yīng)翻譯后對蛋白質(zhì)的功能和活性起至關(guān)重要作用的蛋白修飾過程，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白質(zhì)組學(xué)除了能夠提供定量的數(shù)據(jù)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(zhì)功能和蛋白質(zhì)之間的相互作用以及特殊條件下的變化機制進(jìn)行研究，才能對生命的復(fù)雜活動具有深入而又全面的認(rèn)識。

四、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容 

4.1 蛋白質(zhì)定性 

       定性蛋白質(zhì)組學(xué)可以鑒定細(xì)胞、組織或器官內(nèi)的蛋白質(zhì)種類（蛋白質(zhì)組全譜鑒定），當(dāng)前主要的定性分析技術(shù)是液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)（LC-MS/MS）。

4.2 蛋白質(zhì)定量 

       定量蛋白質(zhì)組學(xué)旨在研究特定條件下蛋白質(zhì)的表達(dá)量變化。例如在許多疾病的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)程中，常常伴隨著某些蛋白質(zhì)的表達(dá)異常。定量蛋白質(zhì)組學(xué)就是把一個基因組表達(dá)的全部蛋白質(zhì)或一個復(fù)雜的混合體系中所有的蛋白質(zhì)進(jìn)行精確的定量和鑒定。定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)主要分為標(biāo)記（Label）和非標(biāo)記（Label free）定量策略，標(biāo)記策略又分為體內(nèi)標(biāo)記和體外標(biāo)記兩種。

4.3 蛋白質(zhì)翻譯后修飾

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

4.4 蛋白質(zhì)相互作用分析 

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

五、蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)與方法 

5.1 樣本采集與制備 

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

5.2 分離技術(shù) 

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

5.3 鑒定與定量技術(shù) 

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

 六、應(yīng)用領(lǐng)域 

6.1 基礎(chǔ)生命科學(xué)研究 

       在細(xì)胞生物學(xué)方面，通過蛋白質(zhì)組學(xué)分析細(xì)胞周期中蛋白質(zhì)的變化來揭示細(xì)胞增殖的調(diào)控機制；在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域，研究胚胎不同發(fā)育階段蛋白質(zhì)組變化對于理解生物體發(fā)育過程的幫助；在物種進(jìn)化研究中，對比不同物種蛋白質(zhì)組差異來推斷進(jìn)化關(guān)系和適應(yīng)性進(jìn)化特點。

6.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 

       在疾病診斷上，利用蛋白質(zhì)組學(xué)尋找疾病特異性生物標(biāo)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(zhì)組學(xué)的關(guān)鍵作用。

6.3 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 

       在作物研究中，分析不同品種作物蛋白質(zhì)組差異來篩選與抗逆性、產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，進(jìn)而指導(dǎo)作物改良的應(yīng)用；在畜牧養(yǎng)殖方面，研究畜禽不同生長階段蛋白質(zhì)組變化對優(yōu)化飼養(yǎng)方案、提高肉質(zhì)品質(zhì)等。

七、發(fā)展現(xiàn)狀與展望 

       當(dāng)前蛋白質(zhì)組學(xué)在各個領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)的一些重大突破，比如某些疾病標(biāo)志物的成功發(fā)現(xiàn)、對一些復(fù)雜生命機制的新認(rèn)識等。但是像樣本復(fù)雜性導(dǎo)致的蛋白質(zhì)鑒定和定量準(zhǔn)確性難題、技術(shù)成本較高、數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性等目前存在的因素制約蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)一步快速發(fā)展。隨著技術(shù)不斷革新，可能會實現(xiàn)更快速、更精準(zhǔn)、更全面的蛋白質(zhì)分析，有望在個性化醫(yī)療、生態(tài)環(huán)境保護等更多新領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。