为什么说蛋白质组学的出现是生命科学进入后基因组时代的标志

大家都知道，蛋白质是生物功能的主要承担者。随着人类基因组计划的实施和完成，虽然对基因的识别将导致对其编码的蛋白质产物序列的了解，但还远远不足以全面认识蛋白质的生物功能。事实上，我们对相当多的通过基因序列所认识的蛋白质产物很不了解。一个典型的例子是关于酵母菌的基因组研究。1996年科学家们将啤酒酵母的基因组全部测序完毕，人们通过全序列分析在酵母菌中发现了2964个新基因，但其中约有2300个基因和已知的基因没有明显的同源性，至于这些基因有什么功能人们更是一无所知。即使那些跟已知基因有一定同源性的新基因，对它们承担的功能，科学家们也是不甚了解。大量涌现出的新基因数据迫使科学家们不得不面对这样一个问题：这些基因编码的蛋白质的功能是什么不仅如此，在细胞内合成蛋白质之后，这些蛋白质往往还要经历翻译后的加工修饰。因为最初翻译出来的蛋白质是没有生物活性的，它叫初生多肽，只有在修饰加工以后，才变成具有生物活性的成熟蛋白质。这样一个复杂过程说明，一个基因对应的不仅是一种蛋白质，而可能是几种甚至数十种蛋白质。那么，包容了成千上万种蛋白质的细胞是如何活动的呢或者说这些蛋白质在细胞内是怎样工作、如何相互作用、相互协调的呢这些问题只靠基因组织研究是不能回答的。也就是说，蛋白质本身有其独特的活动规律，正是在这种背景下，蛋白质组学应运而生。

“蛋白质组”这一名词是英国科学家威尔金斯1994年最先提出来的。它是指一个生物体的全部蛋白质组成，具体来说可以指一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部蛋白质。“蛋白质组学”则是专门研究细胞内总体蛋白质(蛋白质组)的表达和运转等一切功能活动规律的新学科。蛋白质组学是从蛋白质整体水平上，在一个更深入、更贴近生命本质的层次上去探索生命活动的规律，以及重要的生理和病理现象的本质等。

蛋白质组具有多样性和可变性。蛋白质的种类和数量在同一个生物体的不同细胞中各不相同，在同一种细胞的不同时期或不同条件下，其蛋白质组也在不断的变化之中。此外，在病理或治疗过程中，细胞中的蛋白质的组成及其变化，与正常生理过程也不相同。随着人类基因组计划的开展和基因组学与蛋白质组学的诞生，生命科学迎来了又一次飞跃，使我们有可能从生物大分子整体活动的角度去认识生命，不再是只以个别基因或个别蛋白质为研究对象，因而能够在分子水平上以动态的、整体的角度对生命现象的本质及其活动规律和重大疾病的发生机理进行研究。

蛋白质组的研究包括对蛋白质的表达模式和蛋白质的功能模式的研究两个方面。蛋白质的表达模式主要是分离并鉴定出正常生理条件下的蛋白质组中的全部蛋白质，建立相应的蛋白质组图谱和数据库，这是进行大规模蛋白质组分析研究的基础。分离并得到了蛋白质组的全部蛋白质以后，接下来是比较分析在变化了的条件下(如病理条件下)蛋白质组所发生的变化，比如蛋白质表达量的变化、翻译后的加工等。或者在可能的情况下分析蛋白质在细胞核或细胞器中定位的改变等，从而发现并鉴定出具有特定功能的蛋白质，或与疾病有关的蛋白质。而对蛋白质组功能模式的揭示则是蛋白质组研究的重要目标。基因组也好，蛋白质组也好，最终目标就是要揭示所有基因或蛋白质的功能及其作用模式。细胞或组织中的蛋白质不是杂乱无章的混合物，而是严格有序的、相互作用、相互协调的统一体，它是维持细胞正常生命活动的基础。揭示蛋白质组中蛋白质相互作用的连锁关系，是蛋白质组功能模式研究的重要内容。

随着蛋白质组学的不断深入研究，科学家们必将在揭示生长、发育和代谢调控等生命活动规律方面有重大突破，而且对探讨主要疾病的发病机理、疾病的诊断和防治以及新药的开发等，也将提供重要的理论依据。

蛋白质的分离纯化方法：

一、根据蛋白质溶解度不同的分离方法

1、蛋白质的盐析法：中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响，一般在低盐浓度下随着盐浓度升高，蛋白质的溶解度增加，此称盐溶；当盐浓度继续升高时，蛋白质的溶解度不同程度下降并先后析出，这种现象称盐析。

2、等电点沉淀法：蛋白质在静电状态时颗粒之间的静电斥力最小，因而溶解度也最小，各种蛋白质的等电点有差别，可利用调节溶液的pH达到某一蛋白质的等电点使之沉淀，但此法很少单独使用，可与盐析法结合用。

3、低温有机溶剂沉淀法：用与水可混溶的有机溶剂，甲醇，乙醇或丙酮，可使多数蛋白质溶解度降低并析出，此法分辨力比盐析高，但蛋白质较易变性，应在低温下进行。

二、根据蛋白质分子大小的差别的分离方法

1、透析与超滤：透析法是利用半透膜将分子大小不同的蛋白质分开。超滤法是利用高压力或离心力，强使水和其他小的溶质分子通过半透膜，而蛋白质留在膜上，可选择不同孔径的泸膜截留不同分子量的蛋白质。

2、凝胶过滤法： 也称分子排阻层析或分子筛层析，这是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一。柱中最常用的填充材料是葡萄糖凝胶（Sephadex ged）和琼脂糖凝胶（agarose gel）。

三、根据蛋白质带电性质进行分离

1、电泳法：各种蛋白质在同一pH条件下，因分子量和电荷数量不同而在电场中的迁移率不同而得以分开。值得重视的是等电聚焦电泳，这是利用一种两性电解质作为载体，电泳时两性电解质形成一个由正极到负极逐渐增加的pH梯度，当带一定电荷的蛋白质在其中泳动时，到达各自等电点的pH位置就停止，此法可用于分析和制备各种蛋白质。

2、离子交换层析法：离子交换剂有阳离子交换剂（如：羧甲基纤维素；CM-纤维素）和阴离子交换剂（二乙氨基乙基纤维素），当被分离的蛋白质溶液流经离子交换层析柱时，带有与离子交换剂相反电荷的蛋白质被吸附在离子交换剂上，随后用改变pH或离子强度办法将吸附的蛋白质洗脱下来。

四、根据配体特异性的分离方法－亲和色谱法

亲和层析法（aflinity chromatography）是分离蛋白质的一种极为有效的方法，它经常只需经过一步处理即可使某种待提纯的蛋白质从很复杂的蛋白质混合物中分离出来，而且纯度很高。这种方法是根据某些蛋白质与另一种称为配体(Ligand）的分子能特异而非共价地结合。其基本原理：蛋白质在组织或细胞中是以复杂的混合物形式存在，每种类型的细胞都含有上千种不同的蛋白质，因此蛋白质的分离（Separation），提纯（Purification）和鉴定（Characterization）是生物化学中的重要的一部分，至今还没的单独或一套现成的方法能移把任何一种蛋白质从复杂的混合蛋白质中提取出来，因此往往采取几种方法联合使用。

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