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研究背景 9.3从基因组到蛋白组学 一个基因不是一个简单的DNA序列，是能转化成有用的结果的信息，是任何时候都能提供细胞所需蛋白或是功能性RNA的分子。探索基因组序列的第一步也是最重要的一步，是为基因组的产物编写目录。编码RNA作为终产物的基因比编码蛋白的基因更难鉴别，尽管后者在脊椎动物基因组中很难发现。剧增的DNA序列信息也透露了一个事实真相。尽管经多年的生化进步，但对每个真核细胞（也有不少在细菌中)还有成千上万的蛋白质是我们所不知道。这些蛋白质可能参与一些我们还未发现功能过程，也可能以一些我们能理解的却又意想不到的方式参与一些过程。 此外，有关蛋白质的三维结构或蛋白合成后怎样修饰，基因组序列并未告诉我们。在细胞中起关键作用的这些蛋白，现在正成为全部细胞生物化学新研究策略的焦点。 9.3从基因组到蛋白组学 蛋白质组：基因组所表达的全部蛋白质 这词最早出现在1995年的研究文献。这个概念迅速演变成一个独立的研究领域,被称为蛋白质组学。通过蛋白质组学解决问题很简单，尽管解决方案不容易。每一个基因组为我们提供了成千上万编码的蛋白质的基因,在理想条件下，我们想要知道所有的蛋白质结构与功能。经过多年研究许多蛋白质带来了惊喜的成果，要形成一个完整的蛋白质组学研究却是艰巨的事业。简单地发现新蛋白的功能要求大量的工作。生物化学家利用新的快速发展的宽微列阵技术找到了快捷途径。 9.3从基因组到蛋白组学 蛋白质功能分三个水平： （1）表型功能指一个蛋白质在整个生物机体的作用。例如，缺少该蛋白可能导致组织生长迟缓，改变发育模式或是死亡。 （2）细胞功能指参与细胞间相互作用的一种蛋白质。在细胞内与其他蛋白相互作用，帮助确定蛋白质参与的各种代谢过程。 （3）分子功能指蛋白质的生化活性精确,包括了某些细节,例如酶催化反应或配体与受体的结合。 9.3从基因组到蛋白组学 研究蛋白质功能 有三种主要途径： （1）比较已知功能蛋白和基因的序列与结构 （2）确定基因在什么位置什么时期表达 （3）研究该蛋白与其他蛋白间的相互作用。 9.3从基因组到蛋白组学 序列或结构的关系提供了蛋白功能的信息 1 比较基因组学：指用基因组比较来确定基因功能。 直系同源：指通过以前研究的另一个或相同物种的同源性基因， 发现一个新的基因，由于这种关联其功能也能全部或部分确定。一个基因存在于不同物种间，却拥有相同功能关系的序列。 旁系同源：指在单个物种中有相似的基因。 如果知道某物种一个基因的功能特点，则根据直系同源体基因功能关系去找第二个物种。比较关系相近的物种的基因组最容易确定同一性，比如老鼠和人类，在细菌和人类之间也发现了许多同源基因。有时染色体上的基因保存了关系相近物种间基因组的大部分片段（图9-20）。 保守基因序列，称同线性，为相同位置相关片段基因的同源关系提供了额外的证据。 9.3从基因组到蛋白组学 序列或结构的关系提供了蛋白功能的信息 1 图9-20 老鼠和人类基因组的同线型 老鼠和人类基因组的大量片段有着许多相关的基因，在染色体上按着相通的规则排列成一行，此关系称为同线型。 此表展示了人类染色体9和老鼠染色体2的片段。这些片段基因展示出了高程度的同分异构样，和相同的基因排列规则。基因字母的不同名称反应了两种不同生物的命名规定。 9.3从基因组到蛋白组学 选择性的鉴定特定序列与特定结构类型的相关性可以判定某一蛋白质。特定结构的存在，或许暗示了其能促进ATP水解，或结合DNA，或形成一个复杂的锌离子，能帮助确定分子功能。这些关系的确定得益于日益复杂的计算机程序，突破了基因信息、蛋白质结构、特定序列与特定结构类型的相关性的限制。 序列或结构的关系提供了蛋白功能的信息 1 9.3从基因组到蛋白组学 为了进一步了解结构与功能关系,一个大型结构蛋白质组学项目已经开展了。目标是在许多几乎没有任何有关蛋白功能的信息情况下，能确定尽可能多的蛋白质及其结构域。这项计划由一些繁琐步骤的蛋白质结晶自动化操作来协助。这将有助于结构数据库的构建。最终有助于确定结构类型发生何种程度的变化。当新发现蛋白质的结构褶皱,且与数据库已知功能类型明确相关 ,说明这是蛋白质的某一分子功能。 序列或结构的关系提供了蛋白功能的信息 1 二维凝胶电泳法 1 DNA微列阵 2 蛋白质芯片 3 9.3从基因组到蛋白组学 细胞表达模式可以揭示细胞中基因的功能 2 必威体育精装版测序的基因组，并没发现编码蛋白的基因与已知基因或蛋白结构有关。这种情况下