基因与蛋白质组学

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1、学 生 课 程 论 文题 目基因与蛋白质组学的起源发展 课 程：基因与蛋白质组学 学 院：生命科学学院 专 业：生物技术1302班 学 号： 姓 名：吕君全 学 期：20142015年第二学期 指导教师：朱新产 2015 年 11 月 18 日基因与蛋白质组学的起源发展摘要：基因组学是指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱)、核酸序列测定、基因定位和基因功能分析的科学。包括基因组和功能基因组。蛋白质组是指基因组表达的所有相应的蛋白质，也可以说是指细胞活着或者机体全部蛋白质的存在及其活动形式。蛋白质组学是研究细胞内全部蛋白质的组成及其活动规律的科学。关键词：基因组 蛋白质组

2、 蛋白质修饰 进化基因组一词是来自德国汉堡大学的H.威克勒教授于1920年首创，用来表示真核生物从其亲代的单套染色体，或称染色体组。更确切的说基因组是指生物的整套染色体所含有的全部DNA序列。原核生物和真核生物不同，真核生物的线粒体和叶绿体中也有DNA。此外，非独立生命形态的病毒颗粒也携带有遗传物质，称之为病毒基因组。生物所携带的遗传信息的遗传物质的总和称为基因组。基因组学是由T.罗德里克于1986年首创，基因组学是人类基因组计划的实施而形成的一个全新的生命科学领域。基因组学是通过大范围的收集和分析有关基因组DNA的序列组成，染色体分子水平的结构特征，全基因组的基因数目、功能和分类，基因组水平

3、的基因表达与调控以及不同物种不同基因组的进化关系。基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics)，又被称为后基因组（postgenome）究，成为系统生物学的重要方法。基因组学能为一些疾病提供新的诊断，治疗方法。例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，为“Oncotype DX”的基因组测试，能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果，这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还被用于食品与农业部门。基因组学的主要工具和方法包括： 生物信息学，遗

4、传分析，基因表达测量和基因功能鉴定。基因组学出现于1980年代，1990年代随着几个物种基因组计划的启动，基因组学取得长足发展。 相关领域是遗传学，其研究基因以及在遗传中的功能。1980年，噬菌体174;(5,368碱基对)完全测序，成为第一个测定的基因组。1995年，嗜血流感菌（Haemophilus influenzae，1.8Mb）测序完成，是第一个测定的自由生活物种。从这时起，基因组测序工作迅速展开。2001年人类基因组计划公布了人类基因组草图，为基因组学研究揭开新的一页。基因组学是研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学。基因组学、转录组学、蛋白质组学与代

5、谢组学等一同构成系统生物学的组学（omics）生物技术基础。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种疾病的阐明 及攻克提供理论根据和解决途径。通过对正常个体及病理间的蛋白质组比较分析，我们可以找到某些“疾病特异性子”，它们可成为新药物设计点，或者也会为疾病期诊断提供分子标志。确实，那些世界范围内销路最好的药物本身是蛋白质或其作用靶点为某种蛋白质分子。因此，蛋白质组学研究是探索生命奥奥秘须工作，也能为人类健康事业带来巨大的利益。蛋白质组学的研究是生命科学基因代的特征。在后基因时代，生物学家正在对基因组的功能进行研究。蛋白质组学是生物技术的最新领域，它将对基因组功能的研究做出巨

6、大贡献。基因只含有制造蛋白质的指令，而细胞的各种各样的生理功能是由蛋白质来完成的。蛋白质组学将组织活细胞中的蛋白质作为一个系统来研究，而不像在蛋白质化学中那样研究蛋白质的单一组分。在不同细胞中有不同的蛋白质来表达，在相同细胞的不同状况中，也会有不同的蛋白质的表达，细胞只有一个基因组，但可能有许多不同的蛋白质组。蛋白质组比基因组更复杂。这种复杂性还表现在蛋白质有很多难以预测的翻译后修饰、蛋白质-蛋白质相互作用以及折叠成各种形状的三维结构。从蛋白质的氨基酸序列不一定能推测蛋白质的功能，而蛋白质组学的研究可以揭示蛋白质的表达和功能。各国科学家目前正在用蛋白质组学对人类全部蛋白质进行分类，研究人类蛋白

7、质的相互作用，以便开发更有效的药物。在20世纪80年代早期唐纳德 亨特教授开始在肽和蛋白质序列分析中发展和应用串联质朴。FAB是一项软电离技术，可产生完整的质子化分子，使得用于肽序列分析的方法也得以改进。FAB是肽序列测定的主要突破，该技术可以使得肽稳定电离，无需要其他方法增加肽的挥发性，FAB与串联质谱的联用，形成了快速肽序列测定方法学。处理复杂肽混合物时，大多数方法采用离线HPLC进行分离。人们通过这种方法对许多蛋白质序列进行了测定，并发展了许多重要的方法，然而分离方法与FAB的在线结合一直未能发展出可靠的方法。直到电喷雾电离是分离技术与质谱仪直接使用，这个问题才能得到解决。分析灵敏度的增

8、加以及样品处理的简化和自动化使肽和蛋白质分析的各个方面都得以提高。基因组计划以人类基因组计划为代表的基因组计划是20世纪仅次于曼哈顿原子弹研究计划和阿波罗登月计划的重大科技工程。此计划与1990年实施以来进展神速：1994年人类基因组全套连锁图发表。1995年，全基因组覆盖率高达百分之94以上的物理图表问世。1986年3月7日，美国生物学家那托杜尔贝科在科学杂志上发表了癌症研究的转折点测定人类基因组序列一文，他首次提出了人类基因组计划。杜尔贝科认为，人类有两种选择，科学家要么经过多种途径独立寻找各自感兴趣的基因，要么合力测定出由几十亿个碱基对构成人类基因组的所有精确测序，从而最终弄清楚每种基因

9、制造的蛋白质及其作用。（摘自人类基因组研究报告，第179页）“人类基因组计划”是解读人类基因组上的所有基因，共需分析24条染色体的DNA分子中的碱基对，破译人类全部遗传信息，该计划预期到2005年全部弄清人类基因组30亿个碱基的全部序列，并查清其中大概10万个基因的位置。这一计划还包括对一系列模式生物体基因组的测序，最初提出有大肠杆菌、酵母、拟南芥、线虫、果蝇和小鼠等，对这些处于生物演化不同阶段生物体的研究是认识人类基因组结构和功能绝对不可缺少的过程。随着人类基因组计划的实施，又有可租而家提出一些其他模式的生物体，如河豚鱼、斑马鱼以及水稻等。（摘自人类基因组研究报告，第181页）HGP的目的是

10、解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。鉴于人类基因组计划的巨大科学意义和社会意义，该计划从美国一个国家的大型科学研究计划发展成了一个多国合作的国际科学研究工程。1990年，人类基因组计划在美国正式启动。作为一个史无前例的庞大的科学研究工程，人类基因组计划在实施的过程中必须制定出一套十分完备的实施战略。该战略包括近期目标、中期目标、远期目标、整体规划、总体方案、技术路线等。（摘自人类遗传学，第87页88页）人类基因组计划分为两

11、个阶段：DNA序列图前计划和DNA序列图计划。序列图前计划包括遗传图、物理图、转录图和序列图。（摘自人类基因研究报告，第183页）我国在人类基因组计划的目标的实现,不仅将为中国 21世纪的医学和生物制药产业储备一批重要的基因,还将 提高我国基因组科学的总体水平和体现我国对基因组科学的贡献,从而获得与全球科学界共享人类基因组计划成果的权利。人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息.对于单基因病,采用“定位克隆”和“定位候选克隆”的全新思路,导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现,为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础.对于心血管疾病、肿

12、瘤、糖尿病、神经精神类疾病(老年性痴呆、精神分裂症)、自身免疫性疾病等多基因疾病是目前疾病基因研究的重点.健康相关研究是HGP的重要组成部分,1997年相继提出:“肿瘤基因组解剖计划”“环境基因组学计划”.基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。(1)基因工程药物:分泌蛋白(多肽激素,生长因子,趋化因子,凝血和抗凝血因子等)及其受体.(2)诊断和研究试剂产业:基因和抗体试剂盒、诊断和研究用生物芯片、疾病和筛药模型。(3)对细胞、胚胎、组织工程的推动:胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造.筛选药物的靶点:与组合化

13、学和天然化合物分离技术结合,建立高通量的受体、酶结合试验以知识为基础的药物设计:基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟药物作用“口袋”个体化的药物治疗:药物基因组学。5 生物产业与信息产业是一个国家的两大经济支柱;发现新功能基因的社会和经济效益;转基因食品;转基因药物(如减肥药,增高药)生物的进化史,都刻写在各基因组的“天书”上;草履虫是人的亲戚13亿年;人是由300400万年前的一种猴子进化来的;人类第一次“走出非洲”200万年的古猿;对人类起源的深入研究有重大作用。参考文献1 钱小红 贺福初 蛋白质组学理论与方法 北京：科学出版社 2003 1102 （美）利布莱尔 蛋白质组学导论 北京：科学出版社 2005 1-63 杨金水 基因组学 北京：高等教育出版社 2013.1 2204 理查德.利基 人类的起源 上海：上海科技出版社 19955 NuttallME. Drug discovery and target validation. Cell Tissues Organs, 20016 方磊，房敏 基因组学与蛋白质组学对手法研究的意义上海中医药大学出版社 上海 2004 37